“种子基金”的萌芽

聚焦创新研究群体

    本报记者 操秀英

中科院力学研究所所长樊菁记得很清楚，“空天飞行器高温气体流动研究”创新群体的启动，瞄准的**个目标源于中科院力学所俞鸿儒先生的一个新思路。

他介绍道，飞行器上天之前，要在风洞中做很多试验，测量空气的阻力、升力等等。为了让风洞中气流速度达到**声速，上世纪50年代，美国的赫茨伯格**了激波风洞，可以模拟没有化学反应的**声速飞行条件。而21世纪，**声速巡航飞行成为**关注热点。新型空天飞行器的研制，需要考虑有化学反应的**声速流动。“‘有’和‘没有’一字之差，对于风洞的要求却大不相同。后者是‘模拟’，前者要‘复现’，”樊菁介绍道，“复现”就是地面实验条件要和天上**一样，这是一个**难题。

当时，研究激波风洞几十年的俞鸿儒先生提出一个设想——“小”驱“大”变截面爆轰驱动方法，即将两种可发生化学反应的物质放在一起，点燃以后，让一股气体压缩另一股气体产生超过100毫秒以上的和**声速飞行器天空环境**一样的气流。力学所内部论证认为，该想法可行，因而向国家有关部门申请支持。

由于**上从未有之，这一原创想法在申请项目时受到质疑。2006年10月份，国家基金委副主任沈文庆在带队实地考察后明确表示：创新群体项目就是鼓励围绕国家重大需求的原创工作，真正做好1至2件事情就很好，像复现**声速激波风洞这样的事情，就很值得做。 “空天飞行器高温气体流动研究”创新群体项目于当年获批。

这在樊菁看来无疑是雪中送炭。在该项目的支持下，姜宗林和赵伟研究员在八分之一的缩尺风洞上进行了验证实验，获得了满意结果。在有力的实验数据支持下，国家创新装备重大研制项目“复现**声速飞行条件激波风洞” 于2008年正式立项，目前已完成设计、加工，开始安装调试。该风洞建成后，将是该领域**上*先进的风洞，对于我国临近空间**声速飞行器的研制意义重大。

临近空间**声速飞行器结合了航空和航天技术的优点，是21世纪**空天技术竞争的战略制高点。美、俄等空天大国都在积极研发，美国从上世纪50年代就开始该领域的研究，其推出的X-51计划和Hy-Fly计划，均以研制**声速巡航导弹为目的，吸引了全世界的目光。

在国内，中科院力学所*早开始这方面的研究，因而，樊菁及其团队以这一课题为主攻方向。然而，时至今日，世界上还没有哪一个国家研制成功**声速巡航飞行器，原因主要出在发动机上。**声速巡航发动机主要有两种选择，即火箭发动机和**声速吸气式冲压发动机。由于火箭发动机比冲低，除了燃料外，还要携带氧化剂，此前，美国等国家的研究重点是吸气式冲压发动机。这一领域*新的消息是，美国研制的X-51A不久前进行了飞行试验，其核心技术就是主动冷却超声速轻质燃烧室。

在中科院知识创新工程重大项目的共同支持下，该群体于2009年6月研制成功我国首台主动冷却超声速轻质燃烧室地面原理样机。这一成果填补了我国在**声速巡航发动机领域的空白，拉近了与发达国家的差距。但是，由于起步较晚，相比于美国已进行飞行试验的进度，我们仍落后不少，而且“临近空间的**声速飞行器搞了半个多世纪还没成功，即使以美国目前的技术，离工程应用仍还需较长时间，作为后发国家，我们是否可以换个角度？”樊菁说。

这就是该团队的另一个研究思路——将**巡航飞行器的起飞段、中间段、下降段三个过程耦合分析，考虑实现**声速巡航飞行的*优途径。他们研究发现，在一定的运输质量和距离下，**声速巡航飞行性能的决定因素，*重要的是巡航速度和飞行器的升阻比，然后才是巡航发动机比冲。吸气式冲压发动机的比冲尽管大幅优于火箭发动机，但其巡航速度使用范围和飞行器升阻比，均不及火箭发动机。“火箭发动机已是成熟技术，因此，基于火箭发动机的**声速巡航导弹，不仅可行，综合性能在现阶段也有很强竞争力，”樊菁兴奋地表示，“现在还在进一步论证，如果*终可行的话，两条腿走路，将使我国在该领域跃居**前列”。

“创新群体基金是我们研究团队的‘种子基金’，”樊菁深有感触地说，“中科院力学所承担了不少国家的重大工程，我们在这过程中有不少新想法，创新群体基金为我们验证这些新想法提供了难得的‘土壤’。”

在他看来，创新群体*大的好处是将基础研究与重大工程的实施紧密结合，“真正做工程的时候，才知道基础研究有多重要。”

同时，这粒“种子”萌发的不仅是创新的成果，还有更为合理的科研组织实施方式。樊菁介绍道，在主动冷却超声速燃烧室的研制过程中，*初他们还是像承担常规课题一样，分成几个课题由不同人负责，“但*后发现接口、界面是一个问题，于是及时调整研究方式，向真正的团队方式转变，取得了满意的效果”。

群体名片

“空天飞行器高温气体流动研究”创新群体：樊菁、俞鸿儒、吴承康、姜宗林、张新宇、潘文霞、范学军、孙泉华、仲峰泉、黄河激。结合国家重大需求，该群体以空天飞行器高温气体流动为研究对象，研制成功我国首台主动冷却超声速轻质燃烧室地面原理样机，填补了我国在**声速巡航发动机领域的空白，并在激波风洞试验中提出变截面爆轰驱动方法。