为何大型风洞只有少数几个国家能建?

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为何大型风洞只有少数几个国家能建?


由用户墨者善狩提供的知识:

作为包括飞机高铁等尖端设计必须的一个重要设备,目前也只有少数几个国家具备建造能力。目前中国和美国是世界上少有的能够同时建成品类齐全的风洞群的国家。

首先,风洞并不是每一个国家必须的,只有那些需要设计建造诸如战斗机、高速列车或者超级大桥这些设备的时候,才会需要风洞这种设备,从这个角度上来看,已经将大多数国家对风洞的建设行列中排除了,毕竟在目前世界上能够进行这几项研究的国家已经越来越少了。

第二,具备风洞建设能力的前提,就是拥有强大的资金支持和技术积累,这些又会将俄罗斯这样的国家给最后排除,毕竟这几年俄罗斯经济大滑坡,因此对于风洞这些烧钱同时有很少使用的设备,最后还是出现落后。

最后,对于很多国家而言,风洞这种使用频次低,但是又有需求,最好的办法就是抱大腿,比如美国的盟友,如果设计需要使用风洞技术,可以向美国爸爸提出请求,但是这样也面临着自己的研发技术泄密的巨大风险,但是对于美国盟友而言,也基本上没有什么秘密可言了。

提一嘴,中国最大的风洞群处在西南某地的大山当中,品类相当齐全,该风洞群是中国军工技术进步的重要助推器之一,目前依然在发挥着巨大的作用,此外中国还拥有JF12激波风洞这种用以研发高超音速武器的尖端风洞。


由用户卫青点兵提供的知识:

世界上很多东西,都只有少数几个国家能建造,要么是钱的问题,要么是技术的问题,除了风洞以外,比如说航空母舰、战斗机、载人航天等等。缺钱的是玩不起,比如说俄罗斯,本来很多东西走做的不错,但是缺钱造成人才流失断层、反倒很多东西造不了。缺技术的是不会玩,比如说沙特,只能买买买,但是一些东西要么买了无用,要么别人不卖。风洞就是这样,钱和技术缺一不可的存在。

下面来说说为啥就那么几个国家能建大型风洞:

首先、什么是风洞

风洞是一种“管道状”试验装备,该装备根据运动的相对性原理,将被试验模型固定于人为制造的气流中,以此模拟实际运动中的各种运动状态,获取试验数据。

对于风洞,其实只有大国或者立志成为大国的国家才有需求,中等国家亦或者是小国,根本没有这种需要(只能想想)。因为风洞分为很多类型,按风俗分可以分为低速风洞、跨音速风洞、超音速风洞和高超音速风洞等,按其他类型分还有加热风洞、结冰风洞等等,总之就是为了模拟物体的实际运动状态和环境,获取参数和试验信息,达到验证技术和分析特征的目的。(比如下图,日本的风洞情况)

风洞是一个体系,必须拥有完整的风洞体系才行,也就是要有各种类型的风洞,说白了你就只建设一个、两个风洞或者一种类型的风洞,根本没用。除非你能像欧洲国家英法德意那样,你建几个,他建几个,然后凑出一个完整体系。或者像美国盟国一样,有需要,花钱拿到美国去做风洞试验(但是这样会造成一些机密信息的泄漏)。下图,美国NASA AMES研究中心的风洞群:

建设风洞的成本和技术就不说了,光说运行风洞吧,这需要长年累月的风洞试验来积累数据,这些数据可是试验的宝库,这些数据库才是以后分析、模拟、对比的基础,但是大量的模拟分析试验工作很可能90%都是白做,真正有用的数据和试验不到10%,这试验成本就可想而知。(下图,各大国风洞数量对比)

风洞体系的存在,很有可能是你建的起,用不起,没有一个强大国家力量的支撑,根本整不转。一个完整的风洞体系建立起来都是百亿美元起步,况且大型风洞运行起来就是“用电大户”,有些风洞专门配套了发电站和水库,烧钱程度不可小觑。这也是为何欧洲几个大国要联合起来搞风洞体系,而印度一直志向不小,却一直搞不起来的原因。

风洞用起来真的贵,单说超音速风洞,单里面的压气机运行一小时,就得万把块的电费;风洞配的喷管,一般一种尺寸的喷管只能产生特定速度的气流,而试验需要不同速度的气流,所以一个风洞需要配多根喷管,例如6倍音速的喷管、6.5倍音速的喷管、7倍音速的喷管等等,一根喷管造价就几百万,且特别的娇贵,可能一个硬币大小的杂物就会损坏喷管。而风洞设施上的娇贵设备又特别多,易损坏、难维护,一个调压阀门坏了,修一修就好几万。

再来说说,风洞里面的易损件(耗材),例如上图这个压力传感器,一方面要求其极其灵敏,以方便捕捉高频信号,另一方便有要求这个传感器尽量的小,降低对风洞流场的干扰,就上图这个几毫米的小传感器,一根就得几万,一次风洞试验的模型上就要装几十个这样的传感器。而这个小东西,很可能一个激波过来,就坏一片,坏了还不能修只能更换,这样的耗材足以说明风洞设备的“贵”了吧。

再说说风洞里的照相设备,当风洞需要定量测量时,就需要跟拍粒子的示踪粒子,就是上图这种粒子图,超音速状态下,粒子位移很小,拍照间隔就要很小,一般是微秒(百万分之一秒)量级,所以相机的照相频率就要特别高,这样的相机怎么也得几十万一台。但是照相间隔太短,进光量又不足,又得搭建几百万一台的大功率激光器,而利用激光器搭建光路时,一不留神有可能烧坏相机,这。。。。。。。我们这里所说的,也只不过是风洞建设和使用过程中的冰山一角。

因此,风洞这种装备,又贵、技术门槛又高,可不就得只有大国强国才建得起、用得着,玩得转么。


由用户你是哪勾提供的知识:

很多种原因造成了风洞大多集中在少数强国手中,有主观原因,也有客观原因。我总结有三个主要因素,一是技术原因素,而是需求因素,三是经济因素。

风洞不是简单的一个风扇,有前期的规划,设计,理论计算,才能为先进的风洞做好技术基础,还要有一定的基建和装备制造能力,风洞需要开山修路,需要大功率的电机风扇,压气机,大量传感器,观测设施,以及整个体系的建立,这都是要以技术储备为基础的。所以小国弱国干不了这事。这是技术原因。

既然建立风洞需要做那么多的事,需要培养人才,那必定要花钱,而且不是小数目。光是基建,要开山,要修路,要建立整个实验场地,高精尖设备的投入就是不小的花费,实验体系建立后的设备维护,配件是损耗,必然很昂贵,一般风洞的功率都很大,电力消耗巨大,需要有配套的发电和输变电工程来维持实验风洞的运行,条件允许的,比如中国,要建水电站。想想就贵。

至于最后一个需求因素,有了以上两个因素的牵绊,那就要好好考虑一下,自己有没有能力建,有没有必要建,风洞最初建立的目的就是服务于航空航天等国防领域,小国弱国自己根本就没有完整的国防工业体系,要风洞又有何用?有些国家确实有需要但国力有限,它可以借用别国的风洞,或者联合几个有一定需求的国家共同建立。

中国必定是要屹立于世界之巅,所以风洞对中国来说是必须的重大基础实验装备,举国之力都是要建起来的,而且中国的风洞水平也是不低的。


由用户新疆蛋蛋哥提供的知识:

首先,风洞的建设成本很高,需要巨大的资金来支持,就是建设好,也还要巨大的资金来维护其安全运行,后期的维护成本很高,而且一国的科技储备必须达标,需要大量的科研人员来研究这些数据,来分析实验成果。建设这么大的成本,而且不一定能达到科研成果,你说那个国家的纳税人能同意这事,毕竟这个花钱就是个无底洞。


由用户老馒头簸箕提供的知识:

载重六十吨的卡车并不是很贵,你家为啥不去买一辆开着买菜?


由用户WFQ455提供的知识:

束缚了的科学。


由用户特种装备网a君提供的知识:

归根到底还是钱的问题。

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标签 :科学  

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