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原标题:为何大型风洞只有少数几个国家能建?

浏览次数:110 时间:2019-08-28

问题:为何大型风洞只有少数几个国家能建?

www.4858com,回答:

世界上很多东西,都只有少数几个国家能建造,要么是钱的问题,要么是技术的问题,除了风洞以外,比如说航空母舰、战斗机、载人航天等等。缺钱的是玩不起,比如说俄罗斯,本来很多东西走做的不错,但是缺钱造成人才流失断层、反倒很多东西造不了。缺技术的是不会玩,比如说沙特,只能买买买,但是一些东西要么买了无用,要么别人不卖。风洞就是这样,钱和技术缺一不可的存在。

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下面来说说为啥就那么几个国家能建大型风洞:

首先、什么是风洞

风洞是一种“管道状”试验装备,该装备根据运动的相对性原理,将被试验模型固定于人为制造的气流中,以此模拟实际运动中的各种运动状态,获取试验数据。

对于风洞,其实只有大国或者立志成为大国的国家才有需求,中等国家亦或者是小国,根本没有这种需要(只能想想)。因为风洞分为很多类型,按风俗分可以分为低速风洞、跨音速风洞、超音速风洞和高超音速风洞等,按其他类型分还有加热风洞、结冰风洞等等,总之就是为了模拟物体的实际运动状态和环境,获取参数和试验信息,达到验证技术和分析特征的目的。(比如下图,日本的风洞情况)

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风洞是一个体系,必须拥有完整的风洞体系才行,也就是要有各种类型的风洞,说白了你就只建设一个、两个风洞或者一种类型的风洞,根本没用。除非你能像欧洲国家英法德意那样,你建几个,他建几个,然后凑出一个完整体系。或者像美国盟国一样,有需要,花钱拿到美国去做风洞试验(但是这样会造成一些机密信息的泄漏)。下图,美国NASA AMES研究中心的风洞群:

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建设风洞的成本和技术就不说了,光说运行风洞吧,这需要长年累月的风洞试验来积累数据,这些数据可是试验的宝库,这些数据库才是以后分析、模拟、对比的基础,但是大量的模拟分析试验工作很可能90%都是白做,真正有用的数据和试验不到10%,这试验成本就可想而知。(下图,各大国风洞数量对比)

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风洞体系的存在,很有可能是你建的起,用不起,没有一个强大国家力量的支撑,根本整不转。一个完整的风洞体系建立起来都是百亿美元起步,况且大型风洞运行起来就是“用电大户”,有些风洞专门配套了发电站和水库,烧钱程度不可小觑。这也是为何欧洲几个大国要联合起来搞风洞体系,而印度一直志向不小,却一直搞不起来的原因。

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风洞用起来真的贵,单说超音速风洞,单里面的压气机运行一小时,就得万把块的电费;风洞配的喷管,一般一种尺寸的喷管只能产生特定速度的气流,而试验需要不同速度的气流,所以一个风洞需要配多根喷管,例如6倍音速的喷管、6.5倍音速的喷管、7倍音速的喷管等等,一根喷管造价就几百万,且特别的娇贵,可能一个硬币大小的杂物就会损坏喷管。而风洞设施上的娇贵设备又特别多,易损坏、难维护,一个调压阀门坏了,修一修就好几万。

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再来说说,风洞里面的易损件(耗材),例如上图这个压力传感器,一方面要求其极其灵敏,以方便捕捉高频信号,另一方便有要求这个传感器尽量的小,降低对风洞流场的干扰,就上图这个几毫米的小传感器,一根就得几万,一次风洞试验的模型上就要装几十个这样的传感器。而这个小东西,很可能一个激波过来,就坏一片,坏了还不能修只能更换,这样的耗材足以说明风洞设备的“贵”了吧。

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再说说风洞里的照相设备,当风洞需要定量测量时,就需要跟拍粒子的示踪粒子,就是上图这种粒子图,超音速状态下,粒子位移很小,拍照间隔就要很小,一般是微秒(百万分之一秒)量级,所以相机的照相频率就要特别高,这样的相机怎么也得几十万一台。但是照相间隔太短,进光量又不足,又得搭建几百万一台的大功率激光器,而利用激光器搭建光路时,一不留神有可能烧坏相机,这。。。。。。。我们这里所说的,也只不过是风洞建设和使用过程中的冰山一角。

因此,风洞这种装备,又贵、技术门槛又高,可不就得只有大国强国才建得起、用得着,玩得转么。

回答:

很多种原因造成了风洞大多集中在少数强国手中,有主观原因,也有客观原因。我总结有三个主要因素,一是技术原因素,而是需求因素,三是经济因素。

风洞不是简单的一个风扇,有前期的规划,设计,理论计算,才能为先进的风洞做好技术基础,还要有一定的基建和装备制造能力,风洞需要开山修路,需要大功率的电机风扇,压气机,大量传感器,观测设施,以及整个体系的建立,这都是要以技术储备为基础的。所以小国弱国干不了这事。这是技术原因。

既然建立风洞需要做那么多的事,需要培养人才,那必定要花钱,而且不是小数目。光是基建,要开山,要修路,要建立整个实验场地,高精尖设备的投入就是不小的花费,实验体系建立后的设备维护,配件是损耗,必然很昂贵,一般风洞的功率都很大,电力消耗巨大,需要有配套的发电和输变电工程来维持实验风洞的运行,条件允许的,比如中国,要建水电站。想想就贵。

至于最后一个需求因素,有了以上两个因素的牵绊,那就要好好考虑一下,自己有没有能力建,有没有必要建,风洞最初建立的目的就是服务于航空航天等国防领域,小国弱国自己根本就没有完整的国防工业体系,要风洞又有何用?有些国家确实有需要但国力有限,它可以借用别国的风洞,或者联合几个有一定需求的国家共同建立。

中国必定是要屹立于世界之巅,所以风洞对中国来说是必须的重大基础实验装备,举国之力都是要建起来的,而且中国的风洞水平也是不低的。

回答:

束缚了的科学。

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