导语:30马赫高超声速激波风洞——JF-22历时5年研制，通过验收，即将投入运行。JF-22可以在40至公里的高度和大约30倍音速的速度下再现飞行条件。作为高超音速技术发展的关键支撑之一，JF-22的重要性不言而喻。
央视报道的JF-22风洞实验室
第一、出处:钱学森给世界挖了一个大坑。
年，我国科学家钱学森挖了一个大坑，就是“高超音速飞行”的概念。钱老在他的论文《高超声速流动相似律》中首次使用了“高超声速”一词来描述气体速度远大于环境声速的流动状态。谁也没想到，70多年后的今天，全世界都在往这个坑里跳。
钱学森提出了“高超音速飞行”的概念
从最开始用电风扇吹，到后来用高压气体，再到后来用爆炸，在“吹”这件事上，已经应用了各种方法。虽然国内外的相关研究在高超声速流动相关的理论和计算方法方面取得了很大的进展，但是对高超声速流动的研究还很浅。
这是由于高温气体介质及其流动的复杂性，使得高超声速流动规律超出了经典气体动力学理论可以精确预测的范围，传统风洞难以实现，于是激波风洞应运而生。
世界上高焓激波风洞有三种类型:加热轻气体、自由活塞和爆轰驱动。
无论是俄罗斯的U-12，还是美国的LENS系列，都属于第一种加热型轻气体，使用高音速的轻气体作为驱动气体，试验运行成本昂贵。比如美国的LENS-X的氢耗是JF-12的20倍。而且大量轻气体的储存、运输、加热、排放都存在很多不安全因素，所以美国后来开发了HYPLUS。
第二种带自由活塞的高焓激波风洞是利用高速运动的自由活塞压缩产生高压驱动气体。毫无疑问，自由活塞驱动风洞技术已经成熟，成为高超声速高焓风洞的国际主流设备之一。
例如德国的HEG和澳洲的T3/T4。中国的JF-8A和日本的HIEST建于20世纪90年代，规模大、技术成熟、试验时间长，具有代表性。但是活塞驱动技术最大的问题是测试时间太短，最大不超过10毫秒。中国的JF-12的持续时间达到了毫秒以上，这是第三种爆轰驱动。
T3自由活塞激波风洞
爆轰驱动是一种利用爆轰产生的高温高压气体作为高压气源的驱动方式。由于气体爆轰压力远高于可燃混合物的初始压力，爆轰驱动方式是一种更方便、更高效的驱动方式。JF12号和JF22号都采用了这条路线。除了中国，刚才提到的美国HYPLUS也采用爆轰驱动。
第二、中国的“超级风洞”在世界上的地位如何？
中国现在有三个世界级的风洞组。竣工验收后，JF-22超高速风洞和JF-12风洞将形成覆盖全部的高超声速飞行走廊。
中央电视台关于JF的报道-22
对比各国风洞的优劣，只有媒体透露的一些参数细节，只能是雾里看花。最重要的是看风洞能否用来建造先进的高超音速武器。
上一代JF-22超高速风洞是JF-12高超音速复制风洞，长米，世界第一。被国际同行称为“超级巨龙”。它是中国第一座具有自主知识产权的超大型超高速风洞，也是世界上第一座能够再现飞行条件的风洞。海拔25-50公里，实验舱最大风速可达9马赫。正是因为JF-12，才研发出东风17、鹰击21、东风27三款高超音速导弹。
JF-12激波风洞
如何获得满足高超声速气动实验研究的长期高焓气流，是发展激波风洞技术的关键问题之一。JF-12复现风洞和JF-22超高速风洞可分别实现每秒1.5-3公里和每秒3-10公里的实验条件。
据介绍，JF-22超高速风洞的试验能力比JF-12复现风洞高10倍，实验目标高度提高到50-公里，最大速度30马赫。声音传播的速度是每秒米，1马赫意味着每秒米。JF-22风洞最高风速可达每秒米，17级超强台风中心风力只有每秒60米左右。
第三、中国“超级风洞”的建设远不止“吹”
早在上个世纪，各国已经能够“模拟”出速度非常高的风洞。
美国在上世纪研制航天飞机时，制造了一个20马赫气流的风洞，“模拟”了飞行器重返大气层时的速度。但实验空气成分与航天飞机实际遇到的空气成分差异较大，且风洞设计中未考虑激波引起的热化学反应，导致配平攻角偏差严重。
美国艾姆斯的高超音速风洞
俄罗斯U-12激波风洞是年建造的超大型风洞，高压段米，低压段米，真空段23米。届时可以吹出20马赫的风速，6马赫以下的实验速度可以达到毫秒。性能指标还不错，驱动段长径比太大。这不仅导致入射冲击波的衰减，还存在边界层过度发展的问题，代价极其昂贵。
传统风洞是基于经典的气动实验模拟准则，如马赫数(压缩性效应)和雷诺数(粘性效应)，对于有化学反应的高超声速流动严重不足。当风洞技术进入高超音速阶段，能否吹出高速不再是评价其优劣的唯一标准。
可能有人会奇怪，为什么央视新闻介绍JF-22的时候，你说是超高速风洞，而JF-12是复现风洞。注意是“复现”这个词，而不是“模拟”。那么这两者有什么区别呢？
中央电视台关于JF的报道-22
第四、从模拟到再现，建造“中国超级风洞”
“再现”是指飞机周围的气流、温度、总压、气体纯度要尽可能与实际飞行高度环境一致。而且持续时间不能太短，喷管的直径要足够大，能够容纳全尺寸的飞机模型。环境、时间、大小缺一不可。
原因是在地面试验设备上“重现”高超音速飞行环境下的长时间、大尺寸模型试验极其困难。目前高超声速气动试验中的很多问题都是由于试验设备缺乏“复现”能力造成的。
关于JF-12复现风洞，中国空气动力学会专门撰文:“复现风洞理论和技术解决了困扰高超声速实验60年的世界难题，实现了从流动‘模拟’到‘复现’的跨越，引领了国际先进风洞试验技术的发展。”
高超音速飞行条件的激波风洞
据央视报道，中科院力学所激波风洞项目负责人姜宗林介绍，JF-22风洞采用了早已被国际同行放弃的“前爆”技术，技术难度大，能量大，驱动力强。
高总温度、高功率和高总压:
与JF12风洞相比，JF-22的驱动功率飙升了4倍，达到了惊人的15,MW，几乎等于三峡大坝的总装机功率(22,MW)。可以达到摄氏度到00摄氏度，总压可以达到个大气压到00个大气压。
喷嘴的直径大；
JF-22吹的流场直径更大，2.5米，与国外最大直径相比，相差1.5米。在这种情况下，你可以驾驶更大的飞机。类似东风-17的HGV高超音速弹头不需要按比例缩小。拿起来吹就好了。
测试时间更长:
JF-22可以实现2~40ms的测试时间，在10马赫时达到40ms，比国内外同类先进水平高出数倍和数倍，实验结果的精度也较高。
另外还要控制运营成本，所以把以上要求完美结合起来，可以称之为“再现”。风洞技术可以从模拟到再现，其实是一个质的飞跃。
但是，完美的风洞不是一蹴而就的，50-公里的高度更是凤毛麟角，尤其是一些边界条件更是难以模拟。未来要实现JF-22的“完美复制”，还有很大的提升空间。
第五、JF-22支持太空和天堂之间的往返。
因此，JF-22可以模拟航天器的再入环境，这将有助于中国新型航天飞机、高超音速飞机和高超音速飞机的研发，如云腾计划、空天飞机和新一代高超音速导弹。
具有超高速能力的风洞对于航天器的发展非常重要，因为航天器需要以每秒11.2公里的超高速穿越大气层。
中国神龙一号航天飞机示意图
例如，升力火箭动力重复使用空间运输系统，尤其是第二级，从太空返回并重返大气层后，将进入JF-22高度区域。只要中国的“神龙”航天飞机通过机翼滑行水平着陆，在这个高度上具有地面风洞再现性是非常重要的。可以说，JF-22是为中国未来的航天飞机计划量身定制的，当然也不为过。
两级在轨空天飞行器自由分离风洞试验
乘波式弹头也可以挂载在东风-31或东风-41上成为洲际高超音速导弹，使其速度超过20马赫，以保证乘波式弹头飞行时的空气成分、温度和最终命中精度。拥有5-9马赫“再现”能力的JF-12已经不能满足，JF-22的出现正在填补这一空白。
