電弧風洞

電弧風洞（arc tunnel）屬於熱衝風洞的一種，是一種高焓值風洞，與其相似的有放電式風洞，都是利用電弧放電所釋放的能力對駐室氣體進行加熱的高焓高超聲速風洞。

基本介紹

• 中文名：電弧風洞
• 外文名：arc tunnel
• 類型：高焓高超聲速風洞
• 原理：電弧放電加熱
• 學科：力學

簡介

今年5月，中科院力學研究所研製的JF12復現風洞首次代表亞洲獲得美國航天學會地面試驗獎，並且成為世界最大的激波風洞，也是國際首座可復現飛行條件的高超聲速風洞。位於巴蜀的中國空氣動力研究與發展中心是這一成就的幕後功臣。此外中國空氣動力研究與發展中心還有自主的首座多功能結冰風洞、大型低速風洞、大型低溫風洞、大型連續式跨聲速風洞、立式風洞、燃燒風洞、電漿風洞、跨聲速風洞、超聲速風洞等。此外，中心還承擔了大飛機C91975%的試驗任務量、長征5號、七號實驗任務、高鐵動車風阻試驗等。

中心工作人員

電弧風洞是飛彈、衛星和宇宙飛船等高超聲速飛行器研製的核心試驗設備，就是人工製造出一段能夠穩定運行的閃電，在高氣壓條件下將氣流瞬間加熱，模擬飛行器面臨的高溫環境。

電弧風洞是在較低的電壓下連續放電，電弧停留時間比較長，單位時間釋放的能量比較少。電弧風洞運行前需要儲能裝置儲存電能，弧室充人一定壓力的氣體，膜片下游各部位被抽吸到近真空狀態。運行時，儲存的電能以千分之一毫秒到幾十毫秒的時間在弧室內通過電弧放電釋放，以加熱和壓縮氣體。當弧室中壓力升高到某個預定值時，膜片被衝破，氣體經過噴管膨脹加速，在試驗段中形成高超聲速氣流，然後通過擴壓器排入真空箱內。

國內相關電弧風洞研究

某大功率電弧風洞是考核飛行器防熱性能、突破熱障的最主要地面試驗設施，技術含量極高，建設難度極大。風洞總設計師陳德江帶領科研人員，先後攻克了電源系統、加熱器等多個關鍵技術難題，從開工到建成僅用時22個月，創造了我國風洞建設史上的新紀錄。

冰花，晶瑩剔透、純潔美麗，卻是飛行器的潛在殺手。“設備買不來，我們就自己造！”年逾七旬的風洞設計專家、“科技創新模範”劉政崇帶領設計團隊從零起步，摸著石頭過河，攻克了製冷系統、噴霧系統和高度模擬系統等多個關鍵技術難題，掃清了結冰風洞建設的技術障礙。

綜合運用風洞試驗、數值計算、模型飛行試驗，是著名科學家錢學森當年對我國空氣動力試驗研究體系作出的戰略規劃。利用數值計算開展空氣動力學研究，2016年5月，中心新建成千萬億次/秒計算機系統正式投入運行。從萬億次/秒到百萬億次/秒、千萬億次/秒量級，短短几年，中心數值模擬計算能力實現“連級跳”，並形成一系列具有完全自主智慧財產權的專業計算軟體，一舉打破了國外商業軟體多年來的行業壟斷。

熱衝風洞

與常規高超聲速風洞和激波風洞不同，熱沖（熱射）風洞的試驗氣流是準定常流動，試驗時間為20~ 200ms；試驗過程中弧室氣體壓力和溫度取決於試驗條件和時間，與高超聲速風洞和激波風洞相比要低10%—50%。熱衝風洞如圖1所示。所以要瞬時、同步地測量試驗過程中試驗段的氣流參量和模型上的氣動力特性，並採用一套專門的數據處理技術。熱衝風洞的研製開始於20世紀50年代初，落後於激波風洞。原來是要利用火花放電得到一個高性能的激波管驅動段，後來就演變成熱衝風洞。“熱沖”這個詞是R.W.佩里於1958年提出來的。

圖1 熱衝風洞示意圖