本文延续上一篇文章:《中国测试33速风洞！模拟11公里/秒的超高速，要不要设计一艘歼星舰？”
引言很有趣。9月6日，美国国防部国防创新部门发布了超音速武器发展计划的要求。希望美军目前正在研制的高超音速武器少用美国的风洞设施，尽量用实际测试数据来支撑研制计划，但同时要求RD部队节省开支。
看到这个新闻，我直接惊呆了。这种不经测试直接使用计算机的方式严重违背了科研的一般流程。虽然看似合理，但完全不可行！因为高超音速环境绝不是模拟就能实现的，下面就从高超音速武器和风洞的关系简单描述一下高超武器的种类及其原理，然后看美军的决定有多可笑。
高超声速并不全是空空气动力学，而是在极端高温下与体表复杂的相互作用过程，因为在极端高超声速条件下，不仅会有空空气动力学效应，还会与体表发生电离和化学反应，而且与高超声速的很多技术有很大的相关性。
高超音速技术:滑翔和吸气，两者都很重要。
上一篇文章介绍了激波风洞的几种实现类型，那么它们的用途是什么？其中有一些DF-17和DF-26在上面已经指出，但没有系统地介绍。目前在高超声速领域的应用主要在以下几个部分:
1.高超音速滑翔飞机；
2.吸气式高超音速发动机:
3.再入返回大气层；
高超音速滑翔飞行器，比如上面提到的DF-17，就是其中之一。这个方法就是把升力体式滑翔武器送到空附近，然后在高超音速条件下滑翔。这个时候有几个要求。在飞行器速度从10马赫到10马赫的范围内，哪种升力体的升阻比最高，滑翔距离最长？
还有，高超声速滑翔时，飞行周围的气动加热和高超声速气流造成的畸变有多大？设备上的光学或者电磁窗口应该如何应对这种变化？高超音速电离空气体分子对生物体有什么影响？长途飞行后如何降温等。，无数问题只能靠风洞解决。
滑翔式高超声速飞行器除升力外，还有轴对称飞行器。这种高超声速飞行器的升阻比比升力体差很多，但门槛相对较低，因为可以以一定角度均匀加热，对热防护的要求明显降低。
吸气式高超音速发动机
这个领域基本只有两种，一种是超燃冲压发动机，一种是脉冲爆震发动机。但由于超燃冲压发动机只能在4-5倍音速时点火，所以只有火箭或涡轮喷气发动机加速到这个速度时才能点火。
这个时候风洞非常关键。超燃冲压发动机的进气道和燃烧室应该是什么形状才能达到良好的压缩效果，但阻力最低？在冲击波反射和压缩的哪个位置最适合进入入口的空气流的燃料喷射；何时点燃；爆震波是如何传播的？如何保持火焰稳定等。需要一个风洞来告诉我们该做什么。只有在建模完成，实物制作完成后，才能在电脑上进行测试。否则，每修改一个参数，就会在空中发射或测试一枚火箭。这个费用估计谁都吃不消。
在这些程序之后，超燃冲压发动机可以与火箭或涡轮喷气发动机结合起来进行安装试验。例如，目前流行的组合引擎是TBCC，RBCC和树。TBCC适合高超音速飞行器，RBCC适合导弹，TREE是空天飞行器的动力。
爆震发动机也是高超音速领域。这种定容燃烧发动机效率高，省油。目前主要有三种，即脉冲爆轰、旋转爆轰和斜激波爆轰。其中脉冲起爆技术门槛最低，旋转起爆最接近实用，斜爆速度最高，但技术难度最大。
倾斜爆震模式的进气道和燃烧室的结构与超燃冲压发动机非常相似，但它们有些不同。由于斜激波爆震对试验环境的要求非常高，没有足够的时间和高超声速激波风洞的持续时间，是没有办法进行试验的。到目前为止，只有中国实现了点火试验，未来的进展很难预料。但也从侧面反映出中国的高超声速风洞技术已经走在了世界的前列。
3倍音速是干什么用的？
高超声速风洞的另一个关键应用是再入返回。到现在，有两种回归方式。一个是神舟、联盟、猎户、龙飞船的盾底烧蚀和大底返回。这种烧蚀方式带走了热量，通过极端高温的黑色屏障保存了飞船，是成本最低的返回方式。
另一个是航天飞机的返回，这是一个近滑翔机的返回。目前中国的“空 Skyplane”和美国的X-37B也采用这种方式。这种方法远高于钟形或大锥形航天器的升阻比，但其机动范围也相对有限。最长机动不超过200公里。原来它是在近百公里的高空返回地球的，它的滑翔距离应该是
所以高超声速风洞也会给出这些返回模式的最优解！但是，第一次宇宙速度回归的最高速度是25马赫。即使降低高层大气的声速，也只有30马赫。为什么是11.5km/s？但是这个妥妥的第二宇宙速度回归，真的要造歼星舰吗？
其实不是，因为载人飞船从月球或火星返回是第二宇宙速度。这时候有两个选择，一是减速入轨再返回，二是直接以第二宇宙速度返回。前者更安全但耗油量大，后者更激进但更便宜。
利用11.5公里/秒的激波风洞，将设计一个更合适的水漂轨道，以允许载人飞船返回地球。这个轨迹要求很高，过载不能超过航天员的耐力极限，远高于嫦娥五号采样返回的返回舱的轨迹控制要求。因此，这个高超音速风洞将为未来的载人月球和火星计划服务。
美军动向:高超音速飞机应该不用风洞建造。
2022年9月6日，防务新闻网站BreakingDefense发表了一篇关于美国国防部最新动态的文章，标题很有意思:
“DIU策划高超音速试验飞机，希望绕开风洞积压”
DIU计划测试高超音速飞机，希望绕过风洞问题。
NASA兰利的8英尺高超音速模型试验
因此，DIU部门发出呼吁，要求发展新的高超音速武器，以减少对少数有能力的高超音速风洞的依赖，甚至让高超音速飞行器直接安装和测试，以获取数据。DIU的一位发言人告诉它如下:
“缺乏高超音速风洞是一个问题，我们拥有的一些设施已经被预订了。如果我们能够降低空中的飞行试验成本，我们也许能够缩短瓶颈，从实际飞行试验中获得我们需要的数据”
就像一个没学过驾照的学生直接上高速。确实有一些成功的机会，但是风险太大了。非但没有节约成本，反而可能让费用远远超出预期。因为高超音速下的测试非常复杂，可能会造成多次坠毁，甚至数据收集不完整。这种操作是不是有点像和外行熟悉的时候？或许可以理解为，美军对中俄高超音速武器的装备感到恐慌，目前已经乱了阵脚。然而，高超音速武器的研发只能从高超音速风洞开始。这是美国军事专家的事，DIU一伙只求结果，这是违反科学规律的。
JF22风洞:领先世界20年！
2021年6月8日，《欧亚时报》报道，中国30马赫试验环境下的JF-22风洞已经投入使用。《欧亚时报》援引《南华早报》的报道称，中国研究员韩桂来在一次在线讲座中表示，北京怀柔区的JF-22高超音速风洞将“领先西方大约20至30年”。
据介绍，JF22风洞采用化学燃料爆轰，与JF12风洞的激波激励方式一致。据韩贵介绍，JF-22风洞在最高速度下可以保持平均130毫秒的运行时间。相比之下，美国最先进的LENS II只能达到7~8马赫，只能持续30毫秒。好像两者的数据差异挺大的。
但《欧亚时报》援引圣安东尼奥研究员、教授、高超音速和航空空工程专家克里斯·库姆斯(Chris Combs)的话称，30马赫时基本上太空了，没有意义。另外，很多国家和地区的风洞可以达到20马赫以上。
另一位专家也表示，JF22的爆轰激波风洞中的爆轰化学反应会改变风洞中的大气成分，其成分将不再支持真实的大气环境，其测试结果也不会代表飞行。
在这里我想说明一下，无论是爆轰、自由活塞还是高压气体，它的驱动气体和测试气体都是隔离的。可能这位专家没听说过超短波管吧？房间之间的隔板呢？至少在采样数据的测试过程中，测试气体环境是可以保证的。这位专家到底有没有学过超音速风洞？
尽管《欧亚时报》的记者没有找出专家描述中的漏洞，但他也表示，JF22风洞在30马赫时的持续时间比世界上其他风洞长得多，JF-22的试验箱直径很大，可以装进许多真实尺寸的飞机。JF12看起来像是一个重复出现的风洞。
JF22应该是一个相当先进的高超音速风洞，该设施的投入使用将使中国在高超音速技术上遥遥领先。此外，JF22还将广泛应用于民用领域，比如未来的云腾项目！
云腾项目:水平起飞直奔泰空！
2016年9月13日，新华网报道，中国航天科工集团公司副总经理刘士泉近日在武汉举行的第二届商业航天峰会上，首次披露了云腾项目“空日机”计划。这是新一代航天飞机，可以执行航天发射任务，可以多次重复使用。它的飞行过程如下:
1 空天，飞机可以从地面机场水平起飞，在大气层内加速爬升；
2.到达30至40公里高度时，一、二级分离，一级着陆返回；
3.第二级继续爬升进入近地轨道，完成运输任务后返回大气层，具有廉价、安全、方便、机动等优点。
第二类是类似“神龙”空日机的飞机。你可能不会很感兴趣，因为媒体的报道太多了，但它的第一堂课可能会让你大吃一惊。这架飞机的规模可以达到空附近，超乎你的想象:
1.基本参数:机体长度超过80米，总重量超过140吨！
2.动力系统:发动机是涡轮火箭组合动力发动机，有6个涡轮基组合循环。
3.起飞模式:像普通飞机一样在机场起飞，
4.最大飞行高度:最大飞行高度超过30000米，
5.最大速度:最大速度可达7马赫以上，取决于涡轮喷气组合动力发动机。
那么，你对这架飞机感兴趣吗？中国的计划是在2030年前进行首飞。也许JF22会让这个目标更早实现。我也很关注这款飞机，因为它将使中国实现真正的高超音速全球打击。这个计划有点宏大。
参考:
https://eurasiantimes.com/比音速快30倍的中国真的赢得了jf-22高超音速比赛风洞/
https://www . scmp . com/news/China/science/article/3135491/mach-30-wind-tunnel-put-China-decades-ahead-ultrasonic-race
