Wie leistungsstark ist Chinas Windkanal, der 35-mal schneller als der Schall ist?

Chinas 35-facher Überschall-Windkanal hat eine Windgeschwindigkeit von fast 12 Kilometern pro Sekunde. Der Wind ist stark genug, um eine 34 Tonnen schwere Interkontinentalrakete abzublasen und sie in 14 Minuten an die Westküste der USA zu bringen. Wenn es um Windkanaltechnologie geht, sind die Amerikaner weit davon entfernt.

Was bedeutet 35-fache Schallgeschwindigkeit? Die Windgeschwindigkeit beträgt fast 12 Kilometer pro Sekunde und der Wind kann die Vereinigten Staaten in 14 Minuten erreichen, was genau der Zeit entspricht, die man für einen Toilettengang benötigt. In der Realität unterscheiden sich die Windgeschwindigkeiten je nach Stärke. Die Windgeschwindigkeit eines Sturms der Stufe 10 beträgt lediglich 24 bis 28 Meter pro Sekunde und ist damit nicht vergleichbar mit der Geschwindigkeit eines Windkanals mit 35-facher Schallgeschwindigkeit.

Was ist ein Windkanal? So funktioniert es

Das Wort „Windkanal“ kann nicht wörtlich verstanden werden. Es handelt sich um ein Hightech-Produkt aus der Luft- und Raumfahrt und vermittelt ein High-End-Feeling. Derzeit sind nur wenige Länder in der Lage, einen hochmodernen Windkanal mit 35-facher Überschallgeschwindigkeit zu bauen. Selbst die mächtigen Vereinigten Staaten sind von diesem Niveau noch knapp entfernt.

Ein Windkanal ist optisch und baulich ein Labor. Die Größe des Gebiets variiert je nach Ausmaß der Bebauung. Es ist außen aus Metall und verfügt über Aus- und Eingänge. Um den Betrieb von Flugzeugen zu simulieren, werden an verschiedenen Positionen Regler und Ventile eingebaut.

Es gibt auch ringförmige Windkanäle mit geschlossener Struktur, das sind kleine Windkanäle mit einer Form, die der eines Rohrs ähnelt. Sie werden häufig als Ausrüstung für Machtexperimente von Unternehmen verwendet und ihre Baukosten sind nicht so hoch.

Der erste Windkanal der Welt wurde vom Briten Wenham gebaut. Damals war die Technologie noch nicht weit entwickelt und das verwendete Material war Holz. Der Querschnitt betrug 46 Zentimeter und die Gesamtlänge lediglich 3,05 Meter. Alle Messdaten wurden manuell vervollständigt.

Heutzutage werden Windkanäle immer größer und haben eine Fläche von mehr als 800 Quadratmetern, was ausreicht, um ein großes Flugzeug unterzubringen. Die Maschinen und Geräte im Inneren können den Luftstrom steuern, den umgebenden Gasstrom überwachen und relevante experimentelle Daten zur Untersuchung verschiedener neuer Flugzeuge gewinnen. Es eignet sich für die Luft- und Raumfahrt, das Militär und andere Bereiche.

Chinas 35-facher Überschall-Windkanal kann nach dem Start eine Windgeschwindigkeit von 12 Kilometern pro Sekunde erreichen. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass die erzeugte Windkraft eine 34 Tonnen schwere Interkontinentalrakete zum Absturz bringen kann.

Manche Leute fragen sich vielleicht: Wenn ein 35-fach schnellerer Windkanal so leistungsstark ist, kann er dann, wenn er auf dem Schlachtfeld eingesetzt wird, das Satellitenabfangsystem ersetzen und Raketen direkt abschießen? Diese Idee ist sehr gewagt, aber im Windkanal ist dies noch nicht möglich.

Ich muss alle daran erinnern, dass ich gerade gesagt habe, dass die Windkraft, die durch den 35-fach schnelleren Schallkanal erzeugt wird, die Rakete zum Absturz bringen kann. Diese Windkraft wird nur im Inneren der Rakete erzeugt. Darüber hinaus werden einige Raketen nach dem Start unsichtbar und fliegen die meiste Zeit außerhalb der Atmosphäre. Auch die Wahrscheinlichkeit, von Satelliten und Radargeräten abgefangen zu werden, ist nicht hoch. Es ist nicht realistisch, die Rakete mit einem Windkanal anzublasen.

Tatsächlich ist ein Windkanal ein Ort zum Testen von Flugzeugen. Der Innenraum bietet ausreichend Platz für den Einbau verschiedener Geräte und Steuerungen und bietet Platz für große und kleine Flugzeugmodelle.

Der Generator im Windkanal erzeugt einen starken Luftstrom, der durch spezielle Rohre strömt und Wind bilden kann, der auf die Oberfläche des Modells bläst und eine andere atmosphärische Geräuschumgebung erzeugt. Das Flugzeugmodell verändert sich, und der Sensor empfängt diese Daten und überträgt sie an das Kontrollzentrum, das die Auswirkungen des starken Luftstroms auf das Modell berechnen kann. Später, bei der Herstellung des Flugzeugs, können die Parameter entsprechend verbessert werden, um die Stabilität und Sicherheit zu erhöhen.

Windkanäle erzeugen starke Luftströmungen, die je nach Standort und Modell beeinflusst werden. Auch die erhaltenen Daten variieren. Bei allgemeinen Flugzeugen können herkömmliche Windkanäle die Testanforderungen erfüllen, und es besteht keine Notwendigkeit, Hyperschall-Windkanäle zu verwenden.

Ein solcher herkömmlicher Windkanal benötigt nicht viel Platz und muss lediglich mit einem Hauptventilator mit hoher Leistung und einem Strahlrohr ausgestattet werden. Das technische Niveau der meisten Länder ist dazu in der Lage.

Die Entwicklungsgeschichte des Windkanalbaus in meinem Land

1963 baute mein Land seinen ersten Windkanal. Wir alle wissen, wie schwierig die Bedingungen damals waren. Obwohl wir spät angefangen haben, war es kein kleiner Schritt nach vorne.

Im Jahr 1968 schlugen Wissenschaftler wie Qian Xuesen und Guo Yonghuai vor, die heimische aerodynamische Forschung zu beschleunigen, und in Sichuan wurde eine Versuchsbasis errichtet. Damals handelte es sich um die größte Windkanalbasis Asiens.

Der damals gebaute Windkanal war weniger als 3 Meter lang. Obwohl es klein war, war es mit allen Antriebsarten für niedrige, hohe und ultrahohe Geschwindigkeiten ausgestattet und konnte Experimente zu Wind, Lärm, Vereisung usw. an Flugzeugen durchführen.

In diesem Windkanal wurden Großprojekte wie der bekannte Kampfjet J-10 „Fierce Dragon“, der Hochgeschwindigkeitszug Harmony, das Raumschiff der Shenzhou-Serie und die Hangzhou Bay Bridge getestet.

Im Mai 2010 wurde die Windkanal-Testbasis mehrfach modernisiert und mit dem Bau neuer wissenschaftlicher Forschungsanlagen begonnen. Hier wurden große Flugzeugmodelle getestet. Es handelt sich um Millionen zusammenhängender Daten, die alle zur Klassifizierung in die Datenbank eingegeben wurden. Die meisten Forschungs- und Entwicklungstests des großen Passagierflugzeugs C919 wurden in diesem Windkanal durchgeführt.

2017 entstand in Peking der größte Windkanal JF-12. Die Windgeschwindigkeit beträgt Mach 10, was der zehnfachen Schallgeschwindigkeit entspricht. Der Flug von Peking nach New York dauert nur 2 Stunden. Eine starke und stabile Stromversorgung aufrechtzuerhalten ist wie das Anzünden eines Streichholzes in einem Tornado. Es braucht genügend Wind und das Streichholz muss brennen.

Seit 2018 verfügt mein Land über einen neuen Windkanaltyp mit einer 35-fachen Geschwindigkeit, der seine Leistung und Präzision erheblich verbessert hat. Die Windgeschwindigkeit hat exponentiell zugenommen und das Flugzeug benötigt nur 14 Minuten, um die Westküste der Vereinigten Staaten zu erreichen. Das technische Niveau übertrifft das des Überschall-Windkanals LENS-X der NASA.

Der repräsentativste Windkanal des FL-62 wird von einem 80.000-Kilowatt-Motor angetrieben, wiegt 6.620 Tonnen, hat ein Innenvolumen von 17.000 Kubikmetern und kann eine kontinuierliche Querwindkraft erzeugen, die eine wichtige Rolle bei der Forschung und Entwicklung des Tarnkappenjägers der sechsten Generation spielt.

Der Unterschied zwischen einem 35-fachen Überschall-Windkanal und einem Niedriggeschwindigkeits-Windkanal

1. Die vom Niedriggeschwindigkeits-Windkanal erzeugte Windkraft weht grundsätzlich

Gewöhnliche Niedriggeschwindigkeits-Windkanäle findet man in Schulen und Unternehmen. Die Windgeschwindigkeit liegt im Allgemeinen unter dem 1,2-fachen der Schallgeschwindigkeit. Der Aufbau im Inneren ist relativ einfach. Zur Erzeugung der Windkraft wird ein elektrischer Hochleistungsventilator verwendet, der den Unterschall-Luftstrom durch eine Laval-Düse in einen Überschall-Luftstrom umwandelt und damit die Schallgeschwindigkeit deutlich übertrifft. Der Bau eines gewöhnlichen Niedriggeschwindigkeits-Windkanals wie diesem kostet nur ein paar Millionen Dollar. Sobald der Windkanal in Betrieb genommen wird, ist es nicht mehr möglich, ein Vermögen zu machen.

Will man einen Hochgeschwindigkeitswindkanal bauen, muss die Windgeschwindigkeit mehr als das Zehnfache der Schallgeschwindigkeit erreichen. Der vom Ventilator allein erzeugte Luftstrom ist begrenzt und kann eine so hohe Windgeschwindigkeit nicht erreichen.

2. Der Hochgeschwindigkeitswindkanal ist mit einem Drucktank ausgestattet, der durch Druck einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom erzeugen kann.

Wenn wir einen Ballon aufblasen, ist der Druckunterschied zwischen innen und außen umso größer, je mehr Luft sich darin befindet. Wenn wir die Öffnung des Ballons öffnen, tritt ein starker Luftstrom aus. Hochgeschwindigkeitswindkanäle erzeugen aufgrund von Druckunterschieden starke Luftströmungen und das Gas wird in Drucktanks gespeichert.

Dieser Druckbehälter ist nicht gewöhnlich. Eine Seite ist mit Hochdruckgas gefüllt und die andere Seite befindet sich im Vakuumzustand. Zwischen beiden besteht ein enormer Druckunterschied. Wenn das Ventil geöffnet wird, strömt das unter hohem Druck stehende Gas im Inneren sofort zum Vakuumende. Unter seiner Wirkung erhöht sich die Luftströmungsgeschwindigkeit um das Drei- bis Fünffache und erreicht tatsächlich den Hyperschallstandard.

Neben der Grundausstattung benötigen große Hyperschall-Windkanäle auch riesige Pressen, Gastanks und Heizsysteme. Sie weisen komplexe Strukturen auf und sind in der Herstellung wesentlich teurer als Niedriggeschwindigkeits-Windkanäle.

3. Hyperschall-Windkanal: Um eine stärkere Windkraft zu erzielen, nutzen Sie die Kraft der Explosion

Um einen 20-mal höheren Hyperschall-Luftstrom zu erreichen, reicht ein Vakuumdrucktank allein nicht aus, daher nutzten die Wissenschaftler die durch die Explosion erzeugte Energie. Wie wir alle wissen, entspricht die Energie, die bei einer Atombombenexplosion freigesetzt wird, 15.000 Tonnen TNT. Wird die durch die Explosion erzeugte Energie in einem Windkanal genutzt, kann der starke Druck einen Hyperschall-Luftstrom erzeugen.

Bei Hyperschall-Windkanälen mit über 20-facher Geschwindigkeit besteht die derzeit am häufigsten verwendete Methode darin, Wasserstoff und Sauerstoff durch ein Heizsystem zu versiegeln, in spezielle Behältertanks zu füllen und sie schließlich durch Verbrennung explodieren zu lassen, um einen starken Luftstrom zu erzeugen.

Es gibt auch eine Art Windkanal, der von Lichtbögen erzeugte Stoßwellen als Energiequelle nutzt. Es ist mit einer ultragroßen Kondensatorausrüstung ausgestattet und erzeugt beim Start 600.000 Ampere Strom. Die starke Strömung kann auch einen Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit verursachen.

Letzte Worte

Windkanalexperimente sind die wichtigste Ausrüstung für den Bau von Flugzeugen. Konstruktion, Herstellung, Prüfung und andere Prozesse eines Flugzeugs sind untrennbar mit Windkanälen verbunden und ihre Bedeutung nimmt immer mehr zu. In der Wissenschaftsgemeinde gibt es ein Sprichwort: Welche Art von Windkanal Sie haben, welche Art von Flugzeug oder Rakete werden Sie haben. Dies zeigt die Bedeutung der Windkanaltechnologie.

Chinas Windkanal, der mit 35-facher Schallgeschwindigkeit arbeitet, ist dank seiner fortschrittlichen Wissenschaft und Technologie zu einer der leistungsstärksten Testanlagen auf der Erde geworden.

Ich bin stolz, in diesem mächtigen Mutterland zu leben!

Quelle: Cosmic Decoding