都是“吹”出來(lái)的——從殲20，到C919，再到新能源汽車(chē)

作品聲明：內(nèi)容取材于網(wǎng)絡(luò)

殲20戰(zhàn)斗機(jī)直沖云霄，C919大型客機(jī)在天上平穩(wěn)飛行，路上跑的最新款國(guó)產(chǎn)新能源汽車(chē)，風(fēng)阻系數(shù)極低。看著這些頂尖的工業(yè)結(jié)晶，人們可能很難想象，這些國(guó)之重器以及民用驕傲，其實(shí)全都是實(shí)打?qū)崱按怠背鰜?lái)的。

這里的“吹”毫無(wú)貶義，它指代的是現(xiàn)代航空航天以及汽車(chē)工業(yè)的絕對(duì)基石——風(fēng)洞。如果沒(méi)有這股神秘的人造狂風(fēng)，天上的戰(zhàn)機(jī)無(wú)法隱身飛行，大飛機(jī)無(wú)法跨越江河湖海，地上的新能源汽車(chē)更無(wú)法一次次突破續(xù)航極限。

突破高超音速的“生死門(mén)檻”

想要弄明白這個(gè)“吹”字背后的含金量，必須先把目光投向當(dāng)今大國(guó)博弈的最前沿領(lǐng)域。那就是高超音速武器。業(yè)界有一個(gè)普遍共識(shí)，飛行速度超過(guò)5馬赫的導(dǎo)彈，才能被稱為高超音速導(dǎo)彈。

美國(guó)曾經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。可是目前，美國(guó)卻陷入了造不出來(lái)的尷尬境地。美國(guó)人在短時(shí)間內(nèi)根本搞不定這個(gè)大麻煩。背后的原因主要有兩個(gè)。其一，美國(guó)確實(shí)缺少大型風(fēng)洞。其二，導(dǎo)彈材料技術(shù)極其復(fù)雜。

拿直觀的科普來(lái)說(shuō)。假如一枚導(dǎo)彈是鐵做的。當(dāng)它的速度超過(guò)5馬赫時(shí)，它還沒(méi)等擊中目標(biāo)，就已經(jīng)化為鐵水了。通常情況下鐵的熔點(diǎn)為1535攝氏度，在5馬赫以上的極速狂飆中，導(dǎo)彈周?chē)目諝鈺?huì)被劇烈壓縮。強(qiáng)烈的摩擦以及壓縮會(huì)產(chǎn)生極端高溫，熱量可以輕松突破1650攝氏度。

速度越快，溫度還會(huì)持續(xù)飆升。拿東風(fēng)-41來(lái)說(shuō)，它的最快打擊速度達(dá)到了驚人的25馬赫。那層外殼需要承受的地獄級(jí)高溫可想而知。因此，5馬赫下產(chǎn)生的1650攝氏度高溫，早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)常規(guī)材料的承受極限。

更苛刻的是，高超音速導(dǎo)彈的材料還要求極其輕便。科研人員既要保證導(dǎo)彈不過(guò)于笨重，又要讓它抗住能融化鋼鐵的高溫。如何把這種導(dǎo)彈制造出來(lái)，成了橫亙?cè)诿绹?guó)人面前的重大科技壁壘。

在極端速度下，設(shè)計(jì)圖紙上存在微小的瑕疵，也可能在實(shí)戰(zhàn)中導(dǎo)致災(zāi)難性的解體故障。導(dǎo)彈必須死死扛住強(qiáng)大的壓力以及應(yīng)力。同時(shí)，導(dǎo)彈還要完美保持原有的氣動(dòng)外形。

另外，高超音速導(dǎo)彈極度依賴先進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng)。導(dǎo)彈通常需要使用超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，或者吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣才能在大氣層中保持超過(guò)5馬赫的飛行。開(kāi)發(fā)這些發(fā)動(dòng)機(jī)的難度簡(jiǎn)直如同登天。發(fā)動(dòng)機(jī)不僅需要在極限惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，還必須做得足夠小巧。

只有這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)才能塞進(jìn)寸土寸金的導(dǎo)彈內(nèi)部。高超音速導(dǎo)彈需要持續(xù)不斷的高速度。這意味著推進(jìn)系統(tǒng)必須能夠長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。且不說(shuō)美國(guó)目前能不能徹底搞懂乘波體飛行的氣動(dòng)奧秘。單單在材料以及發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，美國(guó)就已經(jīng)遇到了極大的阻力。

燒錢(qián)又耗電的“吞金巨獸”

更要命的難題在于測(cè)試環(huán)節(jié)。測(cè)試高超音速技術(shù)，需要一個(gè)能夠完美模擬實(shí)戰(zhàn)速度的極端環(huán)境。這個(gè)時(shí)候，就必須請(qǐng)出風(fēng)洞技術(shù)了。測(cè)試高超音速導(dǎo)彈、火箭或者先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)，科研人員絕不可能每次都造個(gè)真家伙扔到天上做盲測(cè)。

科研人員采取的方法是用人工制造的狂風(fēng)去吹拂模型。飛行器被固定在臺(tái)架上保持不動(dòng)。風(fēng)則是高速流動(dòng)的。風(fēng)洞以此來(lái)模擬特定極速下遇到的風(fēng)速、溫度以及空氣密度。科研人員通過(guò)測(cè)量氣流對(duì)物體的作用效果，來(lái)觀察相關(guān)的物理現(xiàn)象。

搞這種極限實(shí)驗(yàn)相當(dāng)危險(xiǎn)，涉及的速度以及高溫非常極端。測(cè)試過(guò)程的成本堪稱天價(jià)。如果妄圖走捷徑，拋開(kāi)風(fēng)洞僅僅依靠計(jì)算機(jī)模擬是絕對(duì)行不通的。

根據(jù)美國(guó)那邊多年積累的經(jīng)驗(yàn)，科研人員先用超級(jí)計(jì)算機(jī)算出來(lái)看似完美的數(shù)據(jù)。他們拿著數(shù)據(jù)去實(shí)地試射，或者拿到風(fēng)洞里一吹，結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)總是錯(cuò)得離譜。現(xiàn)實(shí)中的空氣動(dòng)力學(xué)太復(fù)雜了。這絕非幾行代碼就能完全參透。

最讓美國(guó)頭疼的是，美國(guó)目前并沒(méi)有一個(gè)足夠大的測(cè)試場(chǎng)。也就是說(shuō)，美國(guó)缺乏頂級(jí)的大型風(fēng)洞來(lái)模擬高超音速飛行的苛刻條件。建設(shè)大型風(fēng)洞的難點(diǎn)究竟在哪里？直接一點(diǎn)說(shuō)就是極度燒錢(qián)。詳細(xì)一點(diǎn)說(shuō)就是極其耗電。

建設(shè)方需要擁有海量并且極其穩(wěn)定的電力資源。只有這樣，風(fēng)洞才能持續(xù)不斷地狂暴運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而模擬出各種極端環(huán)境下的準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。所以，對(duì)于那些電力資源不是很充沛的國(guó)家來(lái)說(shuō)，大型風(fēng)洞絕對(duì)是個(gè)遙不可及的奢侈品。

拿美國(guó)的F-22隱形戰(zhàn)機(jī)來(lái)說(shuō)。為了打磨完美的氣動(dòng)外形，F(xiàn)-22曾經(jīng)經(jīng)歷過(guò)8萬(wàn)小時(shí)的風(fēng)洞測(cè)試。中國(guó)引以為傲的殲20隱形戰(zhàn)機(jī)，在誕生之初面臨著更為苛刻的氣動(dòng)布局挑戰(zhàn)。

為了將鴨翼布局的潛力壓榨到極致，殲20在風(fēng)洞里結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)地經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)的千錘百煉。狂風(fēng)吹出來(lái)的每一絲優(yōu)美線條，以及精準(zhǔn)的升力系數(shù)，全都是真金白銀砸下海量電力資源換來(lái)的。像長(zhǎng)征系列火箭，以及各種高超音速導(dǎo)彈所需的大型激波風(fēng)洞，對(duì)電能的胃口更是大得驚人。

中國(guó)基建狂魔的底氣與反哺

如果沒(méi)有強(qiáng)大的工業(yè)底蘊(yùn)以及發(fā)電能力作為后盾，一切航空航天夢(mèng)都只是空中樓閣。截至目前，中國(guó)每年的發(fā)電量已經(jīng)超過(guò)9.4萬(wàn)億度（千瓦時(shí)），穩(wěn)居世界榜首，占全球總發(fā)電量的比重超過(guò)30%。

作為對(duì)比，美國(guó)的發(fā)電量約為4.5萬(wàn)億度左右。正是建立在如此龐大并且堅(jiān)如磐石的電力基礎(chǔ)設(shè)施之上，中國(guó)在高超音速導(dǎo)彈的研發(fā)上才取得了令世界矚目的顯著進(jìn)展。這個(gè)大殺器必然會(huì)導(dǎo)致全球力量格局發(fā)生深刻變化。美國(guó)人一定會(huì)不甘落后地投入大量資金瘋狂追趕。

就目前來(lái)說(shuō)，美國(guó)在開(kāi)發(fā)高超音速導(dǎo)彈時(shí)面臨著技術(shù)瓶頸、后勤保障、基礎(chǔ)建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)成本方面的多重嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

這份“吹”出來(lái)的底氣，同樣深深扎根于民用領(lǐng)域。C919大型客機(jī)在研發(fā)期間，為了追求極致的飛行安全與燃油經(jīng)濟(jì)性，同樣在各大風(fēng)洞群中經(jīng)歷了數(shù)千小時(shí)的嚴(yán)苛磨礪。

科研團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)性地在國(guó)內(nèi)完成了機(jī)翼防冰結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)獲取了寶貴的一手?jǐn)?shù)據(jù)，一舉填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)模擬結(jié)冰防冰試驗(yàn)的諸多空白。

再看如今火爆全球的中國(guó)新能源汽車(chē)，眾多國(guó)產(chǎn)品牌之所以能在續(xù)航里程上不斷突破，底盤(pán)調(diào)校得平穩(wěn)扎實(shí)，很大程度上得益于國(guó)內(nèi)頂級(jí)的汽車(chē)風(fēng)洞中心。

汽車(chē)工程師們?cè)谌旌颦h(huán)境風(fēng)洞中死磕。工程師們頂著模擬的狂風(fēng)暴雪，硬是將新車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)一點(diǎn)點(diǎn)摳到了0.21甚至更低的驚人水平。有了這種降維打擊般的基礎(chǔ)設(shè)施，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)自然能夠在全球市場(chǎng)上傲視群雄。

從追趕到領(lǐng)跑的時(shí)代逆襲

中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域的實(shí)力過(guò)于耀眼。風(fēng)洞這門(mén)生意可謂是火爆得排隊(duì)都排不過(guò)來(lái)。法國(guó)曾經(jīng)向中國(guó)虛心求教。法國(guó)人申請(qǐng)使用中國(guó)的風(fēng)洞吹一次10馬赫的測(cè)試。中方按規(guī)矩開(kāi)價(jià)兩億歐元。法國(guó)人摸了摸口袋覺(jué)得實(shí)在太貴，跑去某歐洲企業(yè)申請(qǐng)了一次低配版測(cè)試，對(duì)方只收了八萬(wàn)歐元。

面對(duì)這種撿便宜的心態(tài)，中方直接沒(méi)理。歐洲空間局也看中了中國(guó)的實(shí)力。他們申請(qǐng)進(jìn)行一次20倍音速的風(fēng)洞測(cè)試。中方給出的公道價(jià)格是五億歐元。歐洲空間局爽快地同意了。

曾經(jīng)，美國(guó)甚至試圖通過(guò)日本做中間人，想申請(qǐng)中國(guó)給美國(guó)吹一次風(fēng)洞測(cè)試。中方霸氣開(kāi)價(jià)50億美元，并且明確要求美國(guó)必須共享所有測(cè)試數(shù)據(jù)。美國(guó)人想來(lái)想去心疼數(shù)據(jù)，直接拒絕了。不共享數(shù)據(jù)就別想沾中國(guó)風(fēng)洞的邊。反正中國(guó)自己的各種飛行器測(cè)試項(xiàng)目都忙得不可開(kāi)交，不吹拉倒。

如今，世界上最強(qiáng)的風(fēng)洞非中國(guó)莫屬。大名鼎鼎的JF-22超高速風(fēng)洞可以達(dá)到驚人的30馬赫。它不再依靠傳統(tǒng)大風(fēng)扇來(lái)生成氣流。風(fēng)扇面對(duì)這種極速早就散架罷工了。中國(guó)科學(xué)家另辟蹊徑，直接通過(guò)先進(jìn)的爆炸技術(shù)來(lái)產(chǎn)生極限風(fēng)速。

中國(guó)已經(jīng)跨越了傳統(tǒng)的門(mén)檻，開(kāi)始玩起了爆轟風(fēng)洞。歐美能造風(fēng)洞的國(guó)家雖然也不少。但是美國(guó)的常規(guī)風(fēng)洞通常只能勉強(qiáng)達(dá)到6馬赫的水平。歐洲的能到4馬赫。俄羅斯稍微厲害一點(diǎn)，能摸到8馬赫的門(mén)檻。

拿超過(guò)10馬赫甚至20馬赫的目標(biāo)來(lái)說(shuō)，這些國(guó)家的技術(shù)目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到那個(gè)高度。大白話說(shuō)就是，這些國(guó)家連背后的核心物理原理都還沒(méi)徹底搞懂。但是錢(qián)學(xué)森懂。他早在幾十年前就給高超音速風(fēng)洞理論打好了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。他帶出來(lái)的學(xué)生們也都深諳此道。

現(xiàn)在這些國(guó)寶級(jí)人才還都在科研第一線活躍著。除了傳統(tǒng)風(fēng)洞以及爆轟風(fēng)洞，中國(guó)還有等離子風(fēng)洞與強(qiáng)磁場(chǎng)風(fēng)洞。這些可都是一騎絕塵的高端貨色。外國(guó)已經(jīng)有的那些風(fēng)洞，在它們面前只能算是低配版。

呼嘯在激波風(fēng)洞里的狂風(fēng)，吹出的是大國(guó)崛起的底氣，吹出的是星辰大海的征途。致敬像中國(guó)導(dǎo)彈之父錢(qián)學(xué)森一樣，以及無(wú)數(shù)為祖國(guó)國(guó)防建設(shè)默默付出的偉大科學(xué)家們。

正是因?yàn)橛辛诉@些人的負(fù)重前行，才有了今天殲20的鷹擊長(zhǎng)空，有了C919的展翅高飛，有了新能源汽車(chē)的領(lǐng)跑全球。