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把“天空”搬到地面,他為中國風洞“炸”出一條新路

發布時間:2024-04-27 13:39:30 來源:我是科學人 字號: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

“我覺得國家那么窮,你用很多錢行嗎?這類工作要能干,就得有省錢的本領。”96歲的俞鴻儒說。

作為我國“爆轟驅動高焓激波風洞技術”的理論奠基人,俞鴻儒潛心于此50余載,為我國風洞研究“炸”出了一條新路。如今,當半個世紀前的皆艱苦卓絕被逐幀展開,當人們感動于他“做別人不敢做的,做別人做不成的”,他卻說:“我只是幫了一點小忙。”

把“天空”搬到地面

一代風洞,一代飛行器。

風洞是空天飛行器研究的最可靠的實驗手段。高超聲速風洞通過人工方式產生并控制高速氣流,模擬飛行器周圍氣體的流動情況,獲得飛行器的氣體動力學特性,相當于在地面上人為建造一個“飛行天空”。“神舟”系列飛船、“東風”系列導彈等我們耳熟能詳的國之重器,它們的模型都曾在風洞中經受考驗。

JF12復現高超聲速飛行條件激波風洞

2023年上半年,我國JF-22超高速風洞正式通過驗收。作為新一代飛行器的搖籃,J-22超高速風洞可以復現40公里至90公里高空、,相當于約30倍聲速的飛行條件。

而同樣在北京懷柔錢學森實驗基地空天實驗中心,還存在一位“前輩”——“復現高超聲速飛行條件激波風洞”,JF-12復現風洞。JF-12可復現25至40公里高空、5到9倍聲速的高超聲速飛行條件。可以說,JF-22超高速風洞的研制離不開JF-12復現風洞積累的經驗。而這兩座風洞的出現,也使我國成為高超聲速領域唯一具備覆蓋全部“飛行走廊”實驗能力的國家。

J-12復現風洞的成功,運用的就是俞鴻儒的爆轟驅動理論及技術。而在這條路上,他自認是郭永懷布下的一顆“閑子”,卻在潛心埋首間,成為我國風洞事業的一顆“奇子”。

少花錢辦大事

1956年,中國科學院力學研究所成立后,錢學森親自給尚在美國的郭永懷寫了一封信:“力學所成立了,你趕快回來吧,很多重要的事需要你來做。”

而在郭永懷回國之前,錢學森、錢偉長已經代他招到了5名流體力學和物理力學研究生。俞鴻儒就是其中之一。“郭先生給我指定了方向——發展激波管技術,研制激波風洞。”

1958年年初,中國科學院力學研究所成立激波管組,俞鴻儒被郭永懷指定為組長。那時,他還是個剛入所還不到10個月的研究生。甫擔重任,俞鴻儒壓力很大。簡單來說,國際上風洞建造費用高昂,工藝要求高,需要大量資金投入。但擺在俞鴻儒面前的一個最大問題就是:沒錢!

20世紀60年代,俞鴻儒實驗留影。

“經費極少,也不可能有國外同行使用過的先進儀器和技術裝備。”若干年后,俞鴻儒回憶道。這意味著模仿的路是走不通的,怎么辦?“科學研究最關鍵的是人,是創新,而不是錢。有創新,再窮也能用自己的辦法做出世界上獨一無二的工作。沒有創新,再多錢,仿制國外再多的先進技術也是贗品,做不出真正有價值的科學成果。”

為了省錢,俞鴻儒選擇了基于氫氧燃燒驅動激波管方法進行改進。這種方法事故率頗高,性能也不穩定,并不被國際認可。但在當時,俞鴻儒也沒有更好的選擇。而郭永懷只提了一個要求:防止人身傷亡事故。

“后來我們出了好多次事故,一次最嚴重的事,把實驗室的房子都炸了。把房子炸了,也沒有關系,炸完馬上就給你修。”俞鴻儒說。

就這樣,在一聲聲爆炸中,“爆轟驅動”逐漸成型了。

1958年,俞鴻儒成功研制出了我國第一代激波管。20世紀60年代,他們成功研制出JF4直通型激波風洞、JF4A反射型激波風洞和JF8激波風洞;90年代,他們建成的氫氧爆轟驅動高焓激波風洞(JF10),成為國際首座成功運行的爆轟驅動激波風洞,為我國高超聲速風洞的研究奠定了堅實的基礎。

20世紀70年代,國際風洞研究中的噴管一般都使用不銹鋼。“一個噴管要幾十萬、上百萬元”,俞鴻儒深覺“用不起”,幾經鉆研,采用鑄鐵進行了改良,幾萬塊錢就撐住了。在這之前,他安裝JF8激波風洞時,也是想方設法利用廢棄設備,尋找便宜靠譜的工廠,僅花費8萬元加工費就完成了任務。而在這之后,JF-12不僅在指標上具有可比優勢,其試驗成本也遠低于國際同類風洞。

幾十年過來,“少花錢辦大事”在俞鴻儒這里已經成了天經地義的事。在他看來,“現在國家有錢也得省著”,畢竟“國家那么大,什么事都要辦”。

俞鴻儒在工作中

閑不下來的鋪路石

“國家的科學事業需要我們來做鋪路石。”這是郭永懷對俞鴻儒的教導,他始終記在心上。

進入古稀之年后,俞鴻儒給自己提出了兩條約束:不要和年富力強者爭做適合他們干,以及他們特別愿意干的項目;盡量少占資源并選擇風險較大的項目。

21世紀初,全世界都對研制高超聲速超燃沖壓發動機熱情極高。基于國家重大科技研發的需求,俞鴻儒積極關注起“高超”問題研究,并在2006年向中國科學院正式提出了建造復現高超飛行條件的脈沖風洞的建議。兩年后,長試驗時間爆轟驅動激波風洞(JF-12)項目正式啟動,俞鴻儒再次投入“戰斗”,用他的技術思想照亮了這段征途。但到2016年,JF-12激波風洞榮獲國家技術發明獎二等獎時,他主動把自己的名字排在最后,讓更多年輕人走向臺前。

“我們這代人搞風洞建設,搭了一個戲臺,今后戲唱得好不好就要看年輕人了。”俞鴻儒說。但即便是現在,但凡后輩有問題請教到他面前,他都會積極給予建議。他是一塊閑不下來的鋪路石。

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