人类航空工业能够发展到今天,离不开一大批前沿学科的帮助,尤其是在空气动力学设计上更是如此。只有飞机在拥有流畅动力学外形的前提下,才能最大限度发挥发动机的推力,同时做到燃油经济性。比如现代飞机如果在飞行期间不收起起落架,仅仅3个很小的阻力点会让飞机的燃油消耗提升近1.3倍,而且越是优秀的空气动力外形,越能帮助飞行器提升速度。因此,空气动力学极为重要。
近些年,高超音速飞行器开始不断涌现,美国从1996年就开始研发X-43高超音速飞行旗,随后又研发了X-51A、HTV-2等多款高超音速飞行器,但是美国虽然投资巨大,到目前为止并没有非常成功的高超音速飞行器出现,X-43主要测试高燃冲压发动机,只进行了3次试验就开始了X-51A项目,但是X-51遭到多次失败,6次试验从未成功,直到第7次试验才获得了成功,随后的HTV-2飞行器也在测试中坠毁。俄罗斯的YU-71和YU-72虽然进行了超过8次试验,仅有1次获得成功。
反观中国DF-ZF高超音速飞行器,虽然2014年才开始首次试验,到2018年4年时间内已进行了9次高超音速试验,全部获得了成功。中国在高超音速领域起步晚,却赶在了美国前面。而原因非常简单,那就是中国在试飞前,已经在地面试验中进展颇深,这让中国每次试飞都能获得成功,而在地面试验最重要的就是风洞测试。
目前中国已经拥有世界最强大的JF-12激波风洞,该风洞可以模拟从10马赫到25马赫的多种状态,从而可以完全模拟飞行器在超高音速飞行时会产生的各种问题,包括扰流和外壳高温等情况,在这种风洞中多次试验后,再将飞行器放到自然环境中试飞,成功率将大大提升。而如果没有这些测试,在试飞中非常容易出现问题。中国的高超音速飞行器在第一次试飞时,就达到了7马赫以上的速度,而在不少洲际导弹的飞行末端,速度甚至可能超过10马赫-20马赫,因此这个激波风洞可以模拟的风速条件完全可以满足目前中国高超音速飞行器的测试需要。
如此强大的激波风洞只是中国近10年来的科技创举,在上世纪90年代中国并没有这些先进的风洞设施。美国当年不少大学里都有顶尖的风洞,比如在上世纪80年代,美国马里兰大学就拥有3个不同尺寸不同用途的风洞,而当时中国的大学校园里甚至连一个风洞都没有。而现在西北工业大学这类中国航空院校,已经建成亚洲最大,甚至世界先进的风洞设施,这是中国快速发展科技能力的体现。
目前中国的JF-12风洞性能已经超过美国主力使用的光圈I“”I风洞,该风洞只能模拟10马赫以下的风速,而美国最新一代的氢脉动风洞才拥有接近30马赫的风速实验条件,但中国最新的风洞也能达到美国的水平。在这种基础类型学科飞速发展的保障下,中国的高超音速飞行器才获得了巨大的成功,未来这些成功经验也可以让中国在普通飞行器的设计制造上占得先机,像歼-20等新一代战机则已经开始受益了。