中國空氣動力研究與發展中心的結冰風洞和每秒千萬億次超算投入使用
央視新聞聯播今天(7月10日)在國內要聞部分報道了中國空氣動力研究與發展中心,這裏擔負着我國幾乎所有飛機、導彈、飛船等航空航天飛行器的空氣動力試驗研究任務。
報道如下:
風洞被稱為“航空航天飛行器的搖籃”,被世界各國視為重要的戰略資源。從常規風洞到特種風洞,中國空氣動力研究與發展中心面向世界科技前沿,成功構建起世界一流空氣動力試驗研究能力體系。

中國空氣動力研究與發展中心完全具有我國自主知識產權的結冰風洞
這座建成不久,完全具有我國自主知識產權的結冰風洞,是研究飛機在高空飛行時,機翼等迎風面結冰現象及其防冰除冰技術的特種風洞設備。年逾七旬的風洞設計專家劉政崇帶領創新團隊,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。
劉政崇説,核心技術是買不來的,所以我們建造了這樣一座結冰風洞,要獨立自主發展我們的航空航天事業。
空氣動力研究與發展中心擔負着我國幾乎所有飛機、導彈、飛船等航空航天飛行器的空氣動力試驗研究任務。創新團隊依託自主發展的尾旋、顫振、熱防護等一大批配套完善的先進試驗技術,讓中國風洞的綜合試驗能力躋身世界先進行列。目前,中心已具備了風洞試驗、數值計算和模型飛行三大研究手段,實現了從單純提供試驗數據向解決型號氣動問題的跨越。

此前,新華社曾在6月下旬連發兩篇報道介紹中國空氣動力研究與發展中心的發展成就,報道指出,2016年5月,該中心新建成的每秒千萬億次計算機系統正式投入運行,極大提升了我國計算空氣動力學能力。
報道如下:
新華社成都6月27日電題:洞天鑄劍馭風雷——記中國空氣動力研究與發展中心科研創新羣體
李國利、徐青、于傑
洞天鑄劍馭風雷,舞動人生風洞間——
幾十年來,有“空氣動力事業國家隊”之譽的中國空氣動力研究與發展中心科研創新羣體,胸懷祖國、勇於創新,自主設計建成世界級風洞羣,我國幾乎所有的飛機、導彈、飛船等航空航天飛行器,都在這裏進行過空氣動力試驗研究。中心在幾乎所有涉及空氣動力學的國家重大研究計劃和工程中發揮了重要作用,為我國從大國向強國邁進提供了有力支撐。

科研人員在0.6米×0.6米連續式跨聲速風洞現場進行測試(資料照片)。新華社發,餘江攝。
忠誠
風洞,是以人工的方式產生並且控制氣流,用來模擬飛行器或實體周圍氣體流動情況的大型試驗設施。
看似高深莫測,卻事關國家戰略安全、與社會生活息息相關——飛機、飛船、火箭、導彈、汽車、高鐵,乃至建築、橋樑,都要在這個被稱為“地面的人造天空”的風洞裏開展大量試驗研究。
1968年,中國空氣動力研究與發展中心在川西北組建。各地匯聚於此的數千名科技幹部和建設者,在亂石荒灘上建成了亞洲最大風洞羣,使我國空氣動力技術走向蓬勃發展,滿足了武器裝備研製和經濟建設需求。
2008年5月12日,突如其來的大地震迫使風洞羣停止轟鳴。
災難,從來壓不垮他們的豪情壯志。地震兩週年之際,以多功能結冰風洞破土動工為標誌,科研試驗新區正式開工。1600多個日夜後,一個包括20多座風洞在內的“世界一流新型國家氣動中心”拔地而起。
冰花,晶瑩剔透、純潔美麗,卻是飛行器的潛在殺手。
因為沒有自己的結冰風洞,我國飛行器研製工作被迫進行調整,甚至不得不冒險在自然結冰氣象條件下試飛……
年逾七旬的風洞設計專家劉政崇帶領團隊從零起步,全力投入結冰風洞的設計建設攻堅戰。
噴嘴,是風洞噴霧系統的核心設備,國外買不來、國內無參考,況且如何實現上千個噴嘴的合理調節控制,確保水滴粒徑、均勻度等達到試驗需求,堪稱世界難題。
多少個清晨,他們都在沉思中迎來了東方曉白。多少個問題的破解,都伴隨着黎明的朝霞孕育發芽。最終,他們迎難而上,攻關千日,一舉攻克了噴霧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。
2013年10月,均勻的水霧從上千個噴嘴中噴湧而出,温度曲線不斷下降,從20℃到0℃,再到零下20℃、零下30℃,試驗模型上的冰凌從無到有,慢慢變白變厚……
中國冰花,首次在這座世界先進的結冰風洞裏成功綻放。
噪聲,不僅是影響先進飛行器適航性能的一個關鍵指標,也是衡量聲學風洞試驗能力的重要指標,風洞背景噪聲越低,氣動噪聲測量數據就越精準。
2006年,大型航空聲學風洞立項論證工作啓動,對氣動噪聲測量技術的深入系統研究也隨之開始。
博士陳鵬和他的團隊從理論研究入手,深入分析論證噪聲測量方法,有效提高噪聲源空間分辨率和測量精度,終使聲學風洞首次驗證性試驗取得圓滿成功。
模型飛行試驗與飛行員試飛相比,可以測試飛行極限、降低試驗成本,但要求專業面廣,涉及20多門學科。
從事模飛事業近10年的張利輝和他的團隊,經過艱辛探索和努力,自主設計建設模型飛行試驗基礎平台,成功破解總體設計、飛行控制、飛行仿真等難題,保證了每個模型都是精品。
2013年5月,大西北某機場,某飛機模型首次飛行試驗取得圓滿成功,隨即,國內首次帶動力失速/尾旋模型飛行試驗成功……
奇蹟,就是他們用無悔忠誠拼命幹出來的。

科研人員在高頻等離子體風洞試驗現場研究課題(資料照片)。新華社發,餘江攝。
創新
用浴霸幫助突破紅外熱成像技術中的故事,在中心流傳很廣。
10多年前,在風洞試驗中,由於機翼表面的氣流流動是看不見的,一種方法是採用在表面貼電熱絲的方法加熱模型,再用紅外熱成像技術進行機翼表面邊界層的測量。
“這個方法費時費事不説,有時還受模型表面彎曲的侷限,沒有辦法貼電熱絲。”空氣動力學國家重點實驗室主任王勳年説。
這一天,王勳年在洗澡時突然發現頭頂的浴霸照燈熱度非常高。靈光閃現,他一下激動起來:用這種燈加熱機翼行不行?
説幹就幹。他和團隊採用燈光照射的方法加熱模型,很快取得了令人滿意的結果。
創新,不怕小,怕不為。
近年來,中心科研創新羣體超前佈局,超前謀劃,不斷提高我國在空氣動力領域的自主創新能力。“十二五”以來,成功解決了新型戰機、大型運輸機、遼寧號航空母艦等上百個重點型號研製中的大量關鍵氣動難題,為武器裝備建設和國防科技發展作出了貢獻。
我國每一種新型飛機的首飛成功,不僅是我國飛機設計製造技術的一大跨越,也是對我國先進空氣動力試驗研究能力的一次展示。中心因在某新型戰機研製中完成大量攻堅任務而被評為“首飛突出貢獻單位”。
32米/秒,是12級颱風的速度。
這裏的風速,是625米/秒。
在這個世界先進的高速風洞裏,如何支撐模型不受干擾地在“風中”飛起來,成為他們前進道路上的“攔路虎”。
他們知道,傳統風洞試驗的尾支撐、腹支撐無法滿足要求,唯有闖新路,才能破解這個難題。為此,他們不斷嘗試、失敗,再嘗試、再失敗,絞盡腦汁,仍一籌莫展。
創新,往往是厚積薄發後的一閃念。
一次出差,科技人員師建元和毛代勇看見機場候機樓頂部的吊式鋼架,靈機一動,能不能採用吊式鋼架方式呢?
支撐問題的順利解決,僅僅是萬里長征邁開第一步,緊接着還需要研製一套系統來進行操控。可誰也沒有想到,構建這麼一個看似簡單的系統會如此艱難。
關鍵時刻,31歲的助理研究員楊海泳站了出來。他一頭埋進海量的數據堆裏,不知疲倦地進行推演。
無數個不眠之夜,數十種方法,成千上萬次的計算,楊海泳找到了一種全新信號處理方法,一舉解決了難題。

5.5米×4米航空聲學風洞開展C919全機模型氣動噪聲測量試驗(資料照片)。新華社發。
融合
全國高鐵每年的耗電量約為300億度。若能節電1%,每年就是3億度,這可是相當於一箇中等城市一年的居民用電總量。
讓高速列車跑得快、消耗低,正是中心科研人員的研究方向。早在多年前,他們就開始逐步對我國“藍箭”“中華之星”、250公里動車組和CRH6城際動車組等十餘項高速列車開展空氣動力學試驗。
為讓高速列車跑得更快,他們先後對高速列車外形進行了大量的數值模擬計算,成功讓“長客400型”高速列車氣動減阻1%;
為降低列車運行時產生的噪聲,他們經過300餘次的風洞試驗,為進一步優化列車的外形設計、有效降低噪音提供了有力的技術支撐;
為進一步提升列車在惡劣環境下行駛的安全性和穩定性,他們研究提供了大量消除列車側翻、脱軌等重大安全威脅的科學數據,為“中國製造”的高速列車迎來了世界口碑和國際訂單。
這僅僅是中心從事工業空氣動力學相關研究的一個縮影。事實上,上海東方明珠電視塔、首都機場新候機大廳、北京奧運會火炬塔等20多座大型建築物、30多座橋樑,都在這裏經過“風”的洗禮。
融通軍民助推發展。
大型低温風洞建設所需的特種超低温鋼材在我國應用極少,為了國家利益,國內相關單位紛紛組建專門的研究團隊,從最基本的材料機械性能和物理性能測試工作入手,解決了低温鋼材在原料生產、加工製造工藝等方面的一系列技術問題。
此外,中心還與國內十餘家科研機構結成戰略合作伙伴,針對大型設備建設面臨的關鍵難題,舉全國之力開展聯合攻關,引領我國在能源動力、裝備製造、機械加工等相關產業領域實現技術突破。
為國防和國民經濟建設服務,是中心的責任擔當。
長期以來,我國飛機研製始終受制於航空發動機這個“短板”。中心科研人員聯合8所高校,論證提出“面向發動機的湍流燃燒基礎研究”項目,列為國家自然科學基金重大研究計劃並啓動實施。
過去,風洞試驗高速攝影存在幅頻低、曝光時間長等技術缺陷。為滿足高速度、高精度成像的需求,中心科研人員在國家重大科學儀器開發專項支持下,成功研製10納秒級序列激光陰影成像儀,在國內首次獲得高速碰撞過程高質量碎片雲陰影照片。
大飛機是世界工業製造的王冠明珠。
作為C919大型客機全國聯合工程隊的主要成員單位,中心全程參與了總體佈局論證、設計、評估、氣動試驗規劃等總體工作,聯合承擔了超臨界機翼、增升裝置等關鍵部段設計,完成了國內風洞試驗任務總量的75%,研究掌握了多種故障狀態下的全機氣動特性。
2015年11月,C919大型客機總裝下線。
向全國開放共享一大批研究型風洞,向全國同行免費發佈共享兩款流體力學數值計算軟件,向全國發布飛行器標模佈局方案……這一項項回報國家、回報社會的融合舉措,恰好展現出來了他們富國強軍的大擔當。
而那一面面醒目懸掛在每一座風洞試驗廠房裏的五星紅旗,也時刻在提醒着他們:祖國在心中,使命擔肩上。(完)
創新就是“打勝仗”——中國空氣動力研究與發展中心用創新促發展記事
王楠楠、孟昊翀、蘭小紅
2016年5月,中國空氣動力研究與發展中心新建成的每秒千萬億次計算機系統正式投入運行,極大提升了我國計算空氣動力學能力。從萬億次/秒到百萬億次/秒、再到千萬億次/秒量級,短短几年,中國空氣動力研究與發展中心數值模擬計算能力實現了“連級跳”,我國在空氣動力領域的自主創新能力由此得到不斷提高。
在武器裝備研製中創新就是打勝仗
“十二五”以來,中國空氣動力研究與發展中心成功解決了新型戰機、大型運輸機、航空母艦等重點型號研製中的大量關鍵氣動難題,為武器裝備建設和國防科技發展做出不可替代的貢獻。
那一天,隨着一聲刺耳的呼嘯聲劃破天際,我國自主研製的某新型戰機一飛沖天,成功實現首飛。這是對我國先進氣動試驗研究能力的一次展示,中國空氣動力研究與發展中心因在飛機研製中完成大量攻堅任務被評為“首飛突出貢獻單位”。
大型運輸機是衡量一個國家綜合國力的重要標誌。自主研製大型運輸機,是建設創新型國家的標誌性工程,這也為中國空氣動力研究與發展中心大顯身手提供了舞台。
針對大型運輸機的佈局形式,中心科技專家王勳年帶領課題組創造性地發展了一整套風洞試驗方法,完成了90%以上的氣動試驗,解決了大量關鍵氣動問題。2013年1月,我國自主研製的大型運輸機首飛成功,贏得了試飛員的高度評價。
在某型導彈研製過程中,中心科研人員提出氣動外形優化方案,型號單位高度認可,並將中心聘為氣動總負責單位。在此後長達5年的不懈攻堅中,科研人員不斷創新完善佈局方案,設計出滿足導彈快速機動等戰技指標要求的全新氣動外形,為導彈研製立下了“汗馬功勞”。
在科研攻堅中創新就是打勝仗
科研是沒有硝煙的戰場,唯創新者進、唯創新者強、唯創新者勝。
載人航天工程是我國空間科學技術領域的重大戰略工程。發展載人航天,氣動力、熱和防熱問題是必須首先攻克的關鍵技術難題。以返回艙為例,在返回地球穿越大氣層過程中,速度最高達到二十幾倍聲速,劇烈的壓縮和摩擦最高可產生數千攝氏度高温氣流。解決飛船防熱問題,是整個載人航天工程的一項重要課題。
從上世紀80年代末開始,中心科研人員就瞄準了這座航天領域的高峯,全方位投入關鍵技術預研攻關,完成了工程研製各階段的試驗研究任務幾百項,風洞試驗萬餘次,為我國載人航天工程提供了大量準確可靠的氣動試驗數據,解決了長征運載火箭、神舟飛船返回艙和逃逸塔研製中一系列關鍵技術難題。
探月工程三期是我國航天領域面臨的一次前所未有的新挑戰,中心科研人員憑藉一股闖勁和韌勁,開展了返回器再入氣動問題研究、外形優化設計、氣動熱環境、真實氣體效應等數十項技術攻關,解決了返回器氣動佈局和熱防護系統設計等關鍵技術難題。
培養一流的創新人才就是打勝仗
近年來,中心制訂出台高層次科技創新人才培養實施辦法,不斷加快人才國際化培養步伐,一大批勇立潮頭、鋭意創新的攻關團隊和科技英才脱穎而出,中心60%新增科研課題由35歲以下青年骨幹擔任負責人,成為推動國家空氣動力事業發展的中堅力量。
青年科技專家易賢潛心空氣動力學與飛行器結冰的交叉學科研究10餘年,在國內首次提出飛行器結冰的數值仿真方法和試驗理論,並在工程實踐中進行廣泛應用;楊黨國在高速飛行器氣動噪聲控制研究領域提出一種振動模態預測方法,發展了工程實用的飛行器部件氣動噪聲預測技術,34歲就成了高速飛行器氣動噪聲研究團隊主要負責人;餘永生參與完成多座大型風洞設計任務,37歲就被任命為大型低速風洞總設計師,迅速成長為我國風洞設計團隊的後起之秀。
目前,中心有10位國家重點基礎研究發展計劃技術首席、17位國家高技術研究發展計劃專家,108人享受政府特殊津貼,19人次入選國家創新人才工程。同時,中心還擁有“氣動熱試驗功勳研究室”“科技創新模範”“全國傑出專業技術人才先進集體”“全國先進工作者”等一大批科技創新典範,形成了院士領銜、專家眾多、英才輩出的生動局面。

中國空氣動力研究與發展中心風洞設計專家劉政崇