在近期的一项科研发现中，中国国防科技大学高超音速技术实验室的科学家们指出，NASA主要使用的高超音速空气动力学模拟软件Vulcan-CFD存在重大缺陷。这一发现由刘军教授领衔的团队在《流体力学学报》上发表的同行评议论文中详细说明。该团队指出，当飞行器速度超过5马赫时，与空气的激烈摩擦会产生极高温度，足以使空气分子电离并触发化学反应。如果这些复杂的化学过程没有被准确模拟，就可能对飞行器的安全性和性能产生重大影响。这一发现不仅挑战了Vulcan-CFD软件的准确性，也可能对美国在国际高超音速技术竞争中的地位造成影响。
Vulcan-CFD软件的核心功能是通过计算流体力学技术模拟可压缩和湍流的纳维-斯托克斯流动，特别是在涉及有限速率化学反应和热力学非平衡过程的复杂模拟中显得尤为关键。尽管如此，实际的飞行试验和地面实验室测试在高超音速飞行器的研发中仍扮演着不可替代的角色。实际飞行试验能够在真实的飞行条件下检验飞行器的设计和材料的性能，这是任何软件模拟都无法完全复制的。此外，地面实验室测试，如在风洞中进行的各种试验，虽然无法完全模拟飞行时的高速冲击和热负荷，但它们提供了对飞行器行为的初步理解和验证，是研发过程中的重要一环。
软件工具如Vulcan-CFD在设计和分析阶段提供了极为重要的支持，帮助工程师预测飞行器在极端条件下的表现，尤其是在处理那些涉及复杂物理现象的场景，如空气动力加热、流体内的化学反应、冲击波互作用以及边界层效应等。
前面这些晦涩的名词，听不懂没关系，用通俗的话来解释一下这个过程。当飞行器的速度超过声速时，空气不能够“及时”移开，从而在飞行器周围形成激波。在高超音速速度下，激波非常强烈，且可能会与其他激波相互作用，形成复杂的波系结构。这种相互作用可以在局部区域极大地增加压力和温度，从而影响到飞行器的热防护系统和结构完整性。尤其当飞行器速度超过5马赫时，与空气的强烈摩擦会使飞行器表面温度极速上升，达到足以电离空气分子的高温，从而引发一系列的化学和物理变化。这些变化包括但不限于氧分子和氮分子的解离、重组，以及与飞行器表面材料的化学反应，如氧化反应等。而且由于温度极高，化学反应的速度通常非常快，这意味着在极短的时间内就会有大量的反应发生，从而迅速改变飞行环境中的化学成分。这些高温下的化学反应不仅影响飞行器的热防护系统的设计，还可能改变周围空气的性质，如温度和密度，进一步影响飞行器的气动性能。
这些化学反应的复杂性和多变性要求模拟软件必须具备高度的准确性和适应性，以确保能够精确预测这些在极端条件下发生的现象。不幸的是，正如中国科学家团队的研究所揭示的，现有的Vulcan-CFD软件在这方面存在欠缺，这可能导致基于此软件的设计和分析结果与实际情况出现偏差，从而影响到飞行器的最终性能和安全。
然而，正如刘军教授团队的研究所指出的，如果软件在模拟这些关键现象时存在根本性错误，就可能导致设计失误，从而影响整个项目的进展和最终的应用成果。因此，虽然计算工具在高超音速飞行器研发中占据了重要位置，但同时必须通过实验数据来验证和校准这些工具的准确性，确保它们能够在实际应用中提供可靠的指导。所以说，从这条消息中也可以看出，中国在高超音速的研究领域已经是领先美国的。
本次由中国科学家指出的错误主要集中在Vulcan-CFD对高超音速飞行器表面在高速飞行中所发生的复杂化学反应的模拟不准确。这些化学反应包括空气分子的电离和由高温引发的各种化学变化，这些变化直接影响到飞行器表面的热防护系统的效能。错误的模拟结果可能导致飞行器设计中对材料耐高温能力的估计出现偏差，进而影响整个飞行器的结构稳定性和安全性能。刘军教授及其团队的研究强调，这种模拟上的不准确性，尤其是在模拟高温烧蚀过程中的失误，可能导致NASA依赖该软件的研发工作出现重大盲点。此外，这种科技缺陷如果没有及时发现并纠正，不仅会妨碍美国在国际高超音速技术竞争中的进展，还可能影响到相关军事和商业项目的发展，因为这些项目都高度依赖于这类高精度的模拟软件来指导设计和优化。
从本质上来看，尽管美国拥有一些世界级的风洞设施，这些风洞在模拟高速飞行条件方面具备一定的能力，但是它们在处理极端高温和化学反应的模拟上仍面临挑战。风洞测试能提供重要的物理洞察，如气流行为和冲击波特性，但对于高超音速飞行器在实际飞行中遇到的高温化学反应和材料烧蚀等现象，风洞的模拟还是存在一定的局限性。这一点在NASA依赖Vulcan-CFD软件进行高温化学反应模拟的不足中表现得尤为明显，因为这些软件的不精确可能导致风洞试验数据与实际飞行性能之间的差异被误解或忽视。
详细看到这里的朋友们也已经能得出结论，中国在高超音速领域至少有3点是领先的，第一、高超音速飞行器的计算机模拟实验技术，第二、地面风洞实验设施的建设与应用，第三，高超音速飞行器的整体研发能力