都是“吹”出來的——從殲20，到C919，再到新能源汽車

作品聲明：內(nèi)容取材于網(wǎng)絡(luò)

殲20戰(zhàn)斗機直沖云霄，C919大型客機在天上平穩(wěn)飛行，路上跑的最新款國產(chǎn)新能源汽車，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，這些國之重器以及民用驕傲，其實全都是實打?qū)崱按怠背鰜淼摹?/p>

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

突破高超音速的“生死門檻”

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

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

拿直觀的科普來說。假如一枚導(dǎo)彈是鐵做的。當它的速度超過5馬赫時，它還沒等擊中目標，就已經(jīng)化為鐵水了。通常情況下鐵的熔點為1535攝氏度，在5馬赫以上的極速狂飆中，導(dǎo)彈周圍的空氣會被劇烈壓縮。強烈的摩擦以及壓縮會產(chǎn)生極端高溫，熱量可以輕松突破1650攝氏度。

速度越快，溫度還會持續(xù)飆升。拿東風(fēng)-41來說，它的最快打擊速度達到了驚人的25馬赫。那層外殼需要承受的地獄級高溫可想而知。因此，5馬赫下產(chǎn)生的1650攝氏度高溫，早已遠遠超出了大多數(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，成了橫亙在美國人面前的重大科技壁壘。

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

另外，高超音速導(dǎo)彈極度依賴先進的推進系統(tǒng)。導(dǎo)彈通常需要使用超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動機，或者吸氣式發(fā)動機。這樣才能在大氣層中保持超過5馬赫的飛行。開發(fā)這些發(fā)動機的難度簡直如同登天。發(fā)動機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)動機才能塞進寸土寸金的導(dǎo)彈內(nèi)部。高超音速導(dǎo)彈需要持續(xù)不斷的高速度。這意味著推進系統(tǒng)必須能夠長時間進行高負荷運轉(zhuǎn)。且不說美國目前能不能徹底搞懂乘波體飛行的氣動奧秘。單單在材料以及發(fā)動機領(lǐng)域，美國就已經(jīng)遇到了極大的阻力。

燒錢又耗電的“吞金巨獸”

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

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

搞這種極限實驗相當危險，涉及的速度以及高溫非常極端。測試過程的成本堪稱天價。如果妄圖走捷徑，拋開風(fēng)洞僅僅依靠計算機模擬是絕對行不通的。

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

最讓美國頭疼的是，美國目前并沒有一個足夠大的測試場。也就是說，美國缺乏頂級的大型風(fēng)洞來模擬高超音速飛行的苛刻條件。建設(shè)大型風(fēng)洞的難點究竟在哪里？直接一點說就是極度燒錢。詳細一點說就是極其耗電。

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)不斷地狂暴運轉(zhuǎn)，進而模擬出各種極端環(huán)境下的準確實驗數(shù)據(jù)。所以，對于那些電力資源不是很充沛的國家來說，大型風(fēng)洞絕對是個遙不可及的奢侈品。

拿美國的F-22隱形戰(zhàn)機來說。為了打磨完美的氣動外形，F(xiàn)-22曾經(jīng)經(jīng)歷過8萬小時的風(fēng)洞測試。中國引以為傲的殲20隱形戰(zhàn)機，在誕生之初面臨著更為苛刻的氣動布局挑戰(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)實實地經(jīng)歷了長達10萬小時的千錘百煉。狂風(fēng)吹出來的每一絲優(yōu)美線條，以及精準的升力系數(shù)，全都是真金白銀砸下海量電力資源換來的。像長征系列火箭，以及各種高超音速導(dǎo)彈所需的大型激波風(fēng)洞，對電能的胃口更是大得驚人。

中國基建狂魔的底氣與反哺

如果沒有強大的工業(yè)底蘊以及發(fā)電能力作為后盾，一切航空航天夢都只是空中樓閣。截至目前，中國每年的發(fā)電量已經(jīng)超過9.4萬億度（千瓦時），穩(wěn)居世界榜首，占全球總發(fā)電量的比重超過30%。

作為對比，美國的發(fā)電量約為4.5萬億度左右。正是建立在如此龐大并且堅如磐石的電力基礎(chǔ)設(shè)施之上，中國在高超音速導(dǎo)彈的研發(fā)上才取得了令世界矚目的顯著進展。這個大殺器必然會導(dǎo)致全球力量格局發(fā)生深刻變化。美國人一定會不甘落后地投入大量資金瘋狂追趕。

就目前來說，美國在開發(fā)高超音速導(dǎo)彈時面臨著技術(shù)瓶頸、后勤保障、基礎(chǔ)建設(shè)以及經(jīng)濟成本方面的多重嚴峻挑戰(zhàn)。

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

科研團隊首創(chuàng)性地在國內(nèi)完成了機翼防冰結(jié)冰風(fēng)洞試驗。團隊獲取了寶貴的一手數(shù)據(jù)，一舉填補了國內(nèi)模擬結(jié)冰防冰試驗的諸多空白。

再看如今火爆全球的中國新能源汽車，眾多國產(chǎn)品牌之所以能在續(xù)航里程上不斷突破，底盤調(diào)校得平穩(wěn)扎實，很大程度上得益于國內(nèi)頂級的汽車風(fēng)洞中心。

汽車工程師們在全天候環(huán)境風(fēng)洞中死磕。工程師們頂著模擬的狂風(fēng)暴雪，硬是將新車的風(fēng)阻系數(shù)一點點摳到了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，中國汽車工業(yè)自然能夠在全球市場上傲視群雄。

從追趕到領(lǐng)跑的時代逆襲

中國在這個領(lǐng)域的實力過于耀眼。風(fēng)洞這門生意可謂是火爆得排隊都排不過來。法國曾經(jīng)向中國虛心求教。法國人申請使用中國的風(fēng)洞吹一次10馬赫的測試。中方按規(guī)矩開價兩億歐元。法國人摸了摸口袋覺得實在太貴，跑去某歐洲企業(yè)申請了一次低配版測試，對方只收了八萬歐元。

面對這種撿便宜的心態(tài)，中方直接沒理。歐洲空間局也看中了中國的實力。他們申請進行一次20倍音速的風(fēng)洞測試。中方給出的公道價格是五億歐元。歐洲空間局爽快地同意了。

曾經(jīng)，美國甚至試圖通過日本做中間人，想申請中國給美國吹一次風(fēng)洞測試。中方霸氣開價50億美元，并且明確要求美國必須共享所有測試數(shù)據(jù)。美國人想來想去心疼數(shù)據(jù)，直接拒絕了。不共享數(shù)據(jù)就別想沾中國風(fēng)洞的邊。反正中國自己的各種飛行器測試項目都忙得不可開交，不吹拉倒。

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

中國已經(jīng)跨越了傳統(tǒng)的門檻，開始玩起了爆轟風(fēng)洞。歐美能造風(fēng)洞的國家雖然也不少。但是美國的常規(guī)風(fēng)洞通常只能勉強達到6馬赫的水平。歐洲的能到4馬赫。俄羅斯稍微厲害一點，能摸到8馬赫的門檻。

拿超過10馬赫甚至20馬赫的目標來說，這些國家的技術(shù)目前還遠遠達不到那個高度。大白話說就是，這些國家連背后的核心物理原理都還沒徹底搞懂。但是錢學(xué)森懂。他早在幾十年前就給高超音速風(fēng)洞理論打好了堅實的基礎(chǔ)。他帶出來的學(xué)生們也都深諳此道。

現(xiàn)在這些國寶級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，中國還有等離子風(fēng)洞與強磁場風(fēng)洞。這些可都是一騎絕塵的高端貨色。外國已經(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)，吹出的是大國崛起的底氣，吹出的是星辰大海的征途。致敬像中國導(dǎo)彈之父錢學(xué)森一樣，以及無數(shù)為祖國國防建設(shè)默默付出的偉大科學(xué)家們。

正是因為有了這些人的負重前行，才有了今天殲20的鷹擊長空，有了C919的展翅高飛，有了新能源汽車的領(lǐng)跑全球。