航天科技十一院2所连续变攻角系统研制攻坚侧记

文章来源:中国航天报 发布时间:2023-01-04

如果让你省下15秒,你会如何做?如果你在漫步,可以加快稳健的步伐;如果你在飞翔,可以挥动轻盈的翅膀。而对于航天科技集团十一院2所高超声速风洞试验研究室来说,为“省出”15秒付出了两年的辛勤与汗水。

不能开源,那就考虑节流

风洞试验是依据运动的相对性原理,将飞行器的模型固定在地面人工环境中,人为制造气流流过,以此模拟空中各种复杂的飞行状态。由于风洞试验需要非常高的压力比制造流场环境,因此通常使用压力罐容器制备高压气体。

受限于压力罐容积,风洞试验一次只能运行较短的一段时间,获取的有效数据相对较少。为了解决这个问题,最直接的方法就是扩建更大的压力罐容器,从而提升风洞运行时间。

“扩建压力罐不是简单地将罐体积增大,还关系到方方面面,这不仅需要巨额的资金投入,还涉及规划问题。”该研究室主任纪锋说明了扩建压力罐容器的困难,“但既然不能从外界设备提升风洞能力,那我们就考虑从自身设备优化来入手。”

为了在一次吹风试验中获取更多的有效数据,该研究室经过多方调研,最终选定了连续变攻角系统的改进方案。不同于以往攻角系统的台阶性运动,连续变攻角系统可以实现模型姿态的连续性变化,从而减少了无效吹风时间,进一步提升风洞试验效率。

方法总比困难多

该研究室的孙日明主要负责连续变攻角系统的适配软件研发工作。“走得快和走得稳就像是硬币的两面,走得快了关键位置稳不住,走得稳了试验时间短不了。”他对软件调试时期的困难打了个比方。“为解决这个问题,我们从底层算法优化设计,以毫秒为单位检测系统运行效果,通过一次又一次地试验,最终调校出适合流场条件的软件方案。”说起这些,他的眼睛一下明亮起来。

实际上,在连续变攻角系统的研制过程中,适配软件调试只是基层工作的一个缩影。

从设备机械结构设计到元器件加工,再从安装工艺实施到软件适配,处处都留下了团队成员忙碌的身影。“志不求易者成,事不避难者进”是对团队成员最好的写照。他们为了引领风洞速度向前跨进一秒,凭借着愚公移山的精神,不畏难、不服输,最终成功搭建好连续变攻角系统。

数据比对非常好

“来流1公斤,温度100摄氏度,试验车次203车,准备开车。”1分钟后,风洞的轰鸣声如潮水般逐渐消退,风洞操控间内又陷入一片沉寂,大家神色凝重,却又满心期待地盯着显示屏。

显示屏前,试验负责人叶瑞正紧张有序地进行数据计算,敲击键盘的哒哒声清脆有力。片刻过后,屏幕上出现了两条交织在一起的曲线,两条曲线如藤蔓缠绕,难分彼此。“两次试验结果最大差异小于0.4%,数据比对非常好。”叶瑞自信又肯定地说出了试验结果。此刻,大家心里紧绷的弦才松弛下来。

十年磨一剑,今朝出鞘试锋芒。“两年的准备就为了这一分钟的试验,结果表明连续变攻角系统不仅试验数据可靠,而且缩短了15秒的试验时间,减少了30%的气源消耗,实现了安全生产和降本增效的两手抓。

“不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江河”,技术的积累将会引起航天科技的“量变”到“质变”。今天十一院高超声速风洞“节省”了15秒,明天中国航天必将领先世界“15秒”。