11月23日《欧洲国防工业》网站报道，美国又建成了一个新的速度为10马赫的高超声速风洞，可用高超导弹的研发。尽管美国媒体对此大肆吹捧，但实际上中美在高超声速风洞领域有不止20年的差距，这样一个新风洞的建成根本于事无补。

▲美国10马赫风洞建设完成，图片来源：网络

风洞试验对高超声速飞行器的研制和发展有着非常重要的作用，近年来美国在高超声速地面试验能力方面存在一些不足，因此大笔追加了在风洞方面的建设和现代化升级改造所需的资金，力求进行弥补。要设计高超声速飞行器，需要很多关键数据作为支撑，比如气动力、热数据，没有这些数据设计也就无从谈起了。

这些年来美国的高超声速武器的发展不是很顺利，其中一个关键因素是美国的高超声速风洞综合性能不太行。从数量上来说，美国是当今世界上拥有高超声速风洞最多的国家，但是全都达不到顶尖水平。美国在上个世纪就实施过登月计划，研制过航天飞机，当时就建成了非常多的高超风洞，有些速度就能够达到20马赫。20世纪末，美国就启动了非常多以研发高超声速导弹为最终目标的实验项目，如ARRMD、Hyfly、HTV-2、Hybolt等，为了配合这些项目，也建成了非常多以试验高超导弹为目的的风洞。

▲高超声速导弹艺术照，图片来源：网络

尽管有了风洞的支持，不代表这些项目就能成功，也不代表放在几十年这些风洞还足够先进。对于当时的美国来说，高超声速导弹在当时也是一个超级前沿的研究科目，研发难度非常大。加上当时苏联解体，美国已经失去了最大的竞争对手，所以高超声速导弹的研制不是非常迫切，经费投入也不足。一来二去，这些项目全都没能定型，最后也就不了了之了。因为没有新的项目，所以当时配套建设起来的这些试验风洞设备，事后大部分也都被搁置了。转头几十年后，中俄全都加快了在高超声速技术领域开发的步伐。美国过去在这一领域有绝对的技术和设备优势，如今则完全不是了。但美国也不甘落后，近10年也将高超导弹研发定为高优先级项目，追加了大笔经费，投入了非常多的顶尖科研人员。

▲实弹测试中的美国远程高超音速武器（LRHW），图片来源：网络

根据2021年的一份调查数据，从2015开始预计到2024年年底的这10年，美国大体上需要为高超声速导弹的研发拨款150亿美元，其中不上就是用于建设地面设备。但由于美国现有的这些风洞建设成的时间都比较早，技术指标还停留在上个世纪90年代左右甚至是冷战的中后期，所以就造成了美国高超声速导弹研发需求非常旺盛，但是现有设备不足以支撑研发需求的尴尬情况。

高超声速导弹的研发和传统导弹的研发过程是不一样的。传统导弹的设计也要考虑到各种各样的空气动力学和流体力学问题，比如湍流、转捩、可压缩性、流动分离和燃烧等等，但是高超声速导弹的情况更加的复杂，很多现象是设计传统导弹时候根本碰不上的，比如真实气体效应、稀薄气体效应、表面催化、辐射传热。

▲美国的X-51乘波体飞行器，图片来源：网络

在设计之前，科学家就得比较深入的了解这些独特现象，研究这些现象可能对导弹的各种飞行性能、所使用材料产生会产生什么影响，这些都需要使用地面设备来完成测试，然后完成高超导弹的外形设计。等到动力系统研发后，再进行实际测试。美国自己的评估认为，美国在高超声速地面模拟设备上落后的方面不止一个，具体来说所有的风动设备，包括最先进的Lens系列，都难以准确还原高超导弹飞行的真实环境，许多典型问题如传热现象、高雷诺数模拟等也搞不定。为此美国拨款了150亿美元，就是要解决这些问题。

▲AEDC 9，图片来源：网络

美国所有用于高超声速武器实验的风洞和相关设备，都是交给美国国防部试验资源管理中心（TRMC）管理的，这些设备分散在NASA、美国能源部、工业部门、许多大学和美国空军阿诺德工程发展中心（AEDC）当中。TRMC的职责就是在拿到了这笔钱之后，制定大量的专项计划，来想办法提升地面模拟设备的数量和技术水平。对于高超导弹风洞，现在最难的问题并不是吹出超高速的气流。美国早先建成的AEDC 9号风洞在2019年完成升级改造后，就可以18马赫的速度了。AEDC 9现在可以说就是美国用来研究临近空间高超声速飞行器、跨大气层飞行器的最重要的一个设备，但它的功能比较单一，主要是用来进行气动力地面试验。

但是研究高超声速武器，风洞的模拟速度只是一个层面上的问题。因为还需要研究高超导弹飞行时候的气动热与防热、气动推进、低噪声扰动/低湍流度、高焓激波等等问题，这就要求风洞必须能够非常真实地模拟空气环境。本次新闻中提到的美国圣母大学建成的10马赫高超声速风洞，是一款“静音风洞”，专业名称叫做低噪声扰动/低湍流度风洞，它的主要功能就是研究高超声速武器的边界层转捩问题，功能非常单一，而且尺寸不够大，模拟真实环境的能力不强，模拟时间也不够长。

▲JF-22风洞，图片来源：网络

2019年美国在圣母大学就已经建成了6马赫的静音风洞，8马赫和10马赫的风洞建设项目早先也已经被批准了，但这些建设计划就如前所说的一样，全部都集中在同样的一个领域，综合能力都不够强，达不到中国JF-22同等级水平。中国JF-22是一款激波综合实验风洞，于2022年建成。它的长度为167米，喷管出口2.5米，试验舱直径为4米，足够容纳高超声速飞行器本身而不是等比例模型。它可以复现40到90公里高度，最快速度33马赫下的空气环境，复现时间可以达到100毫秒。注意这里说的是“复现”而不是“模拟”，指的是JF-22创造出的环境和真实环境几乎没有任何区别，而且能够完成的实验是综合性质的，相当于多个单一风洞实验能力的总合。

“模拟”则说的就是只能创造出高超飞行器飞行环境中的几个特点，比如风速、温度等。一般情况下，高超声速导弹的研发进程中，外形设计是要比动力系统研发速度更快的，所以不可能先把外形设计好，等到动力系统完成后，再组装实际实验，然后发现问题，反过头去调整外形，这会大大的拖慢研发速度。如果提前就有了有了具备强大复现能力的风洞，外形设计好之后，就直接进入风洞进行测试，从发现问题到修改一步到位。同时动力系统也在设计制造，两者同步进行，等到全部成功以后，直接组装再进行几次实际测验，基本上这型号的高超导弹就可以定型了。

▲JF-22风洞，图片来源：网络

总而言之，美国同类型性能最先进的激波风洞，目前根本达不到JF-22风洞这样技术水平。它们不仅不能够复现临近空间环境，可用的实验时间仅有只有40毫秒，而日本同类型的激波风洞复现时间则仅有几毫秒。至于“中国的激波风洞领先美国20年”这话，可并不是没有分量的人说的。得出这个结论的人是中国科学院力学研究所的副研究员韩桂。其实别说是JF-22了，就是JF-12风洞，美国人目前也没有同等级的。

没有性能先进、可靠的大型风洞，美国研究人员只能依靠性能比较单一的风洞配合计算机模拟搞研发，这严重拖慢了美国高超声速导弹的研发步伐。如今新建成的这个10马赫的静音风洞，还是比不上综合能力非常强的JF-22风洞，仅仅速度一个方面就差了很多。那美国为什么还要在这个风洞上下血本呢？这很可能和科研无关，是出于政治或者其他因素的考虑。所以这个风洞，对于弥补双方之间的差距，基本上是杯水车薪。