第439章 其實全都有解決的辦法
從目前全球的交通布局來看，受限於空氣阻力和輪軌摩擦，輪軌高鐵的最高運營速度死死卡在了三百到四百公里，而磁懸浮能推到六百公里，但是這六百公里的時速成本高得嚇人，而且還必須密封在真空或低壓管道里，普及性遠遠不及高鐵。
國外還有人在嘗試超環路，也就是把真空管道和磁懸浮結合在一起。
從理論上來看，這能跑到一千公里以上，但是早在幾年前這個項目就因為巨額投資和工程複雜性被無限期擱置了。
所有更快交通的嘗試，似乎都必須面臨著要成本還是要速度這個艱難的選擇。
要想高速，就必須花天文數字去修築全封閉管道，而且隨著速度增加，管道內壁承受的壓力和振動控制難度也會呈指數級上升，造價也會跟著飛漲，最終的工程造價單可能長到任何國家都會忍不住打退堂鼓。
如果商空間降維能把百萬級原子構型簡化成幾個拓撲不變量，那能不能用同樣的思路去重新定義氣動外形設計呢？
一個完美的氣動外形，在數學上就是特定邊界條件下阻力泛函的全局最小值。
這個最小值的求解過程，本質上就是在所有可能的形狀構成的高維空間裡，找到一個使阻力取極小值的點，而這不就是他剛在超算上跑過的那種變分問題嗎？
如果用逆向設計框架，給定最小阻力和動態穩定性兩個目標，讓算法反過來算出最優的氣動外形，結果會不會是一個所有人都沒見過的形狀呢？
想到這裡，他忽然開口向申鶴慶問道：
「你們之前有沒有做過地效飛行器的相關實驗？」
申鶴慶被他這個突如其來的問題問得一愣。
他腦子裡還在想著剛才那個和樂控制框架怎麼推廣到其他管線上，不知道肖宿怎麼突然跳到了這兒來了，不過他還是很快反應過來，回道：「做過一些。」
他回憶了幾秒，繼續說道：
「大概五六年前，我們和航空工業集團合作做過一個預研項目，叫低空快速運輸系統技術驗證。
當時我們課題組嘗試過一種基於裏海怪物縮小比例的地效驗證機，這個驗證機的翼展大概是十二米，用的常規氣動布局，我們主要是想驗證在東部沿海島嶼之間做快速輪渡的可行性。」
「結果呢？」
申鶴慶搖了搖頭，嘴角浮現出一絲苦笑，答道：「飛倒是能飛起來，不過，在六級側風條件下，氣動中心的偏移量遠遠超過了控制面的補償極限，飛機直接進入了不可恢復的滾轉發散。
那次事故之後這個項目就被無限期擱置了。
當時我們的一致結論是，地效飛行器在開放空域的安全裕度太低，除非有一套能實時重構氣動外形的主動控制系統，否則根本不可能民用化的。」
他說完又補了一句：
「地效飛行器的製造太難了它面臨的技術難點，實驗需要的材料全是問題，要不然也不能八十多年來沒有任何一個國家把它做成過安全可靠的民用交通工具。
也許到真正的地效飛行器做出來，還需要數十年的發展。」
肖宿聽他說完，沒有多說什麼，只是點了點頭。
他腦子裡那根已經被點燃的引線正在快速地往深處燃燒。
實時重構氣動外形，這個東西他剛剛在磁浮列車的和樂控制框架里已經做過了，完全可以用和樂群鎖定不穩定模態，再用反對稱控制力把系統扳回到穩定葉面，所以這個根本不算問題。
如果把列車周圍的管道壁面換成地效飛行器周圍的動態氣流，再把主動阻尼器陣列換成機翼表面上的矢量噴口，那麼氣流的不穩定模態就變成了一個可以被實時控制的渦結構網絡。
而現在有了金屬材料逆向設計框架，再加上超算上跑出的全局最優解，需要什麼材料就能讓實驗室按配方造出什麼材料。
設計、材料、製造，整個鏈路都被打通了。
也就是說，申鶴慶所說的那些困住了所有學者八十餘年的問題，其實全都有解決的辦法。
不過肖宿並沒有當場把這個想法說出來，或許，等他們看到具體的實施方案了會更直觀，
當天深夜，肖宿回到光學實驗樓的辦公室就開始了工作。
這個列車既然是要作為民用，那麼它首先應該保障的應該是舒適性，其次才是高速。
所以肖宿最優先要解決的是穩定性的問題。
而這也是地效飛行器八十多年跨不過民用的門檻的根子所在。
現有的所有地效飛行器都依賴於被動的地面效應，飛行器必須維持一個固定的氣動外形不變，靠機翼和地面之間的氣流壓縮來提供升力。
一旦外界的氣流發生了變化，飛行器無法主動調整翼面和氣流之間的相互關係的時候，氣動中心就會發生漂移。
肖宿思考到這兒的時候，幾乎是立馬就想到了和樂葉狀理論。
既然飛行器無法適應氣流，那就給它一個主動適應的工具。
他完全可以利用和樂葉狀理論讓飛行器主動製造並控制一個可編程的動態渦墊系統。
然後在飛行器的機翼和腹部表面布置多組矢量噴口，每一組噴口都在氣流中製造一個受控的微渦結構。
這些微渦會被一個全局的和樂群鎖在一起，進而形成一個動態的、可以根據外部條件實時變形的渦墊網絡。
當側風或者地形突變導致氣流擾動時，系統會在幾毫秒內計算出新的最優渦墊構型，然後精準地調整各噴口的推力和方向，再用和樂群的反對稱控制力把擾動能量轉移到渦墊的次要葉面上耗散掉。
這樣一來，無論外界的氣流如何變化，整個列車都能進行實時調節了。
國外還有人在嘗試超環路，也就是把真空管道和磁懸浮結合在一起。
從理論上來看，這能跑到一千公里以上，但是早在幾年前這個項目就因為巨額投資和工程複雜性被無限期擱置了。
所有更快交通的嘗試，似乎都必須面臨著要成本還是要速度這個艱難的選擇。
要想高速，就必須花天文數字去修築全封閉管道，而且隨著速度增加，管道內壁承受的壓力和振動控制難度也會呈指數級上升，造價也會跟著飛漲，最終的工程造價單可能長到任何國家都會忍不住打退堂鼓。
如果商空間降維能把百萬級原子構型簡化成幾個拓撲不變量，那能不能用同樣的思路去重新定義氣動外形設計呢？
一個完美的氣動外形，在數學上就是特定邊界條件下阻力泛函的全局最小值。
這個最小值的求解過程，本質上就是在所有可能的形狀構成的高維空間裡，找到一個使阻力取極小值的點，而這不就是他剛在超算上跑過的那種變分問題嗎？
如果用逆向設計框架，給定最小阻力和動態穩定性兩個目標，讓算法反過來算出最優的氣動外形，結果會不會是一個所有人都沒見過的形狀呢？
想到這裡，他忽然開口向申鶴慶問道：
「你們之前有沒有做過地效飛行器的相關實驗？」
申鶴慶被他這個突如其來的問題問得一愣。
他腦子裡還在想著剛才那個和樂控制框架怎麼推廣到其他管線上，不知道肖宿怎麼突然跳到了這兒來了，不過他還是很快反應過來，回道：「做過一些。」
他回憶了幾秒，繼續說道：
「大概五六年前，我們和航空工業集團合作做過一個預研項目，叫低空快速運輸系統技術驗證。
當時我們課題組嘗試過一種基於裏海怪物縮小比例的地效驗證機，這個驗證機的翼展大概是十二米，用的常規氣動布局，我們主要是想驗證在東部沿海島嶼之間做快速輪渡的可行性。」
「結果呢？」
申鶴慶搖了搖頭，嘴角浮現出一絲苦笑，答道：「飛倒是能飛起來，不過，在六級側風條件下，氣動中心的偏移量遠遠超過了控制面的補償極限，飛機直接進入了不可恢復的滾轉發散。
那次事故之後這個項目就被無限期擱置了。
當時我們的一致結論是，地效飛行器在開放空域的安全裕度太低，除非有一套能實時重構氣動外形的主動控制系統，否則根本不可能民用化的。」
他說完又補了一句：
「地效飛行器的製造太難了它面臨的技術難點，實驗需要的材料全是問題，要不然也不能八十多年來沒有任何一個國家把它做成過安全可靠的民用交通工具。
也許到真正的地效飛行器做出來，還需要數十年的發展。」
肖宿聽他說完，沒有多說什麼，只是點了點頭。
他腦子裡那根已經被點燃的引線正在快速地往深處燃燒。
實時重構氣動外形，這個東西他剛剛在磁浮列車的和樂控制框架里已經做過了，完全可以用和樂群鎖定不穩定模態，再用反對稱控制力把系統扳回到穩定葉面，所以這個根本不算問題。
如果把列車周圍的管道壁面換成地效飛行器周圍的動態氣流，再把主動阻尼器陣列換成機翼表面上的矢量噴口，那麼氣流的不穩定模態就變成了一個可以被實時控制的渦結構網絡。
而現在有了金屬材料逆向設計框架，再加上超算上跑出的全局最優解，需要什麼材料就能讓實驗室按配方造出什麼材料。
設計、材料、製造，整個鏈路都被打通了。
也就是說，申鶴慶所說的那些困住了所有學者八十餘年的問題，其實全都有解決的辦法。
不過肖宿並沒有當場把這個想法說出來，或許，等他們看到具體的實施方案了會更直觀，
當天深夜，肖宿回到光學實驗樓的辦公室就開始了工作。
這個列車既然是要作為民用，那麼它首先應該保障的應該是舒適性，其次才是高速。
所以肖宿最優先要解決的是穩定性的問題。
而這也是地效飛行器八十多年跨不過民用的門檻的根子所在。
現有的所有地效飛行器都依賴於被動的地面效應，飛行器必須維持一個固定的氣動外形不變，靠機翼和地面之間的氣流壓縮來提供升力。
一旦外界的氣流發生了變化，飛行器無法主動調整翼面和氣流之間的相互關係的時候，氣動中心就會發生漂移。
肖宿思考到這兒的時候，幾乎是立馬就想到了和樂葉狀理論。
既然飛行器無法適應氣流，那就給它一個主動適應的工具。
他完全可以利用和樂葉狀理論讓飛行器主動製造並控制一個可編程的動態渦墊系統。
然後在飛行器的機翼和腹部表面布置多組矢量噴口，每一組噴口都在氣流中製造一個受控的微渦結構。
這些微渦會被一個全局的和樂群鎖在一起，進而形成一個動態的、可以根據外部條件實時變形的渦墊網絡。
當側風或者地形突變導致氣流擾動時，系統會在幾毫秒內計算出新的最優渦墊構型，然後精準地調整各噴口的推力和方向，再用和樂群的反對稱控制力把擾動能量轉移到渦墊的次要葉面上耗散掉。
這樣一來，無論外界的氣流如何變化，整個列車都能進行實時調節了。