覆雨翻云怎么样(覆雨翻云百科)

托尼·陈

我现在在牛津大学攻读空气动力学博士学位。今年是最后一年，我正处于研究的最后阶段。通常亲戚朋友问我是做什么的，我就把自己定义为“工业推动者”，也就是解决机器的动力问题，从而推动广义上的工业发展。形象地说，我的研究方向是应用在飞机上的发动机，所以我也将自己定义为“航天飞行员空人”。

空气动力学，与我们平常认知的“运动学”没有关系，因为运动学是在没有力的情况下的运动，而动力学，则是在有力的情况下发生的运动。这个专业主要应用于航天器的设计，比如现在的民航飞机、军队战斗机的发动机的叶片设计等，都是空气动力学的应用范畴。目前，中国1/5的电力都靠燃气机发电，一些大型的军舰也需要配备燃气轮机，而这些燃气机的发电设计就是由我们来设计完成的。除了燃气发电机，我们也可以应用这门学科设计风力发电机，比如风车。对，就是那种效率比较低的风力发电机。它绿色环保，在发电机的不断进化和改善下，风车也可以不断发挥其最大效用。同时，一些大型的发电厂也会应用这个原理来设计和运作：发电机可以为一些靠风力发电、太阳光发电的发动机提供能量备份。因为电网是有起伏的，这种起伏对电力的供应有很大的冲击。像风力、日照类的能量具有不稳定性，比如，白天的时候有太阳，可是晚上就没有了;风力也是一样，有风的时候有电，没风的时候，风机的发电量就会很小。这种输电量的起伏会对电厂产生很大的影响。为了保证不出现这种电网的大起大落，可以把燃气机作为一个电力的备份。当输出的电量小时，燃气机会持续补充电力，使电网始终保持一个平稳的电峰，维持电网的健康。

空空气动力学，这和我们通常所知道的“运动学”无关，因为运动学是没有力的运动，而动力学是有力发生的运动。这个专业主要用于航天器的设计，比如现在的民用飞机和军用战斗机的发动机的叶片设计等。，都是空空气动力学的应用领域。目前中国1/5的电力是燃气轮机发电，一些大型战舰也需要配备燃气轮机，而这些燃气轮机的发电设计就是由我们完成的。除了气体发生器，我们还可以应用这一学科来设计风力涡轮机，如风车。没错，就是那种效率很低的风力发电机。它是绿色环保的。随着发电机的不断进化和改进，风车可以继续发挥其最大效用。同时，一些大型发电厂也会利用这一原理进行设计和运行:发电机可以为一些依靠风力和阳光发电的发动机提供能量备份。因为电网有起伏，这种起伏对供电影响很大。像风和阳光这样的能源是不稳定的。比如白天有太阳，晚上就没了。风力发电也是如此。有风就有电。没有风的时候，风扇产生的功率会很小。这种输电的波动会对电厂产生很大的影响。为了避免电网大起大落，燃气发动机可以作为备用电源。当输出功率较小时，气体会继续补充功率，使电网始终保持稳定的峰值，维持电网的健康。

具体来说，我的研究方向是流体计算。流体，也就是流动的物体，我们知道，气体和液体都是流体。现在，比如医生做手术，可以用机器模拟血液的运动，预测心脏哪里有梗塞——这是流体计算的结果。流体计算最直观的体现就是天气预报。它的观测原理是上报各地的观测数据。通过计算风、雨和气压的变化和运动，可以预测天气。天气预报难以准确的原因在于计算时间长。每次观测可能会有数百千兆字节的数据，气象学家更是难以从如此巨量的数据中解读出有用的信息。就边界条件而言，目前人工对边界的探测是非常有限的，有限的几个气象站得到的数据只是一个城市整体中的几个点。但是流体计算是整个三维空房间内所有区域的整体计算，任何一个数据的缺失都会影响最终的计算结果。所以天气变化的趋势是很不确定的，因为它本身的物理模型建立的信息输入是不完整的，即使我们实现了完整的信息输入，这个模型在计算过程中也会产生误差。比如我们要预报一个面积很大的城市的天气，那么这个区域的每一寸地方都会有流体运动[/k0/]，水变成雨、雪、冰的过程会使它成为一个极其复杂的大规模计算。以现在的技术，要做到精准预测太难了。如果未来这项技术能够精确，人类就可以非常轻松地控制天气。只要把想要的流体放到想要的位置，改变一些条件，就能真正实现“化手为云，覆手为雨”。

结合我的专业，流体计算就是通过推演，提高发动机的效率，让它转得更快更好。以普通民航的发动机叶片为例，当叶片转起来时，发动机会升温至3000℃，压力是大气的5至几十倍。这时的发动机叶片就相当于一根普通的蜡烛，在一个巨大的油锅里以每秒300米的速度转动，同时还要承受和太阳表面一样的温度和压强，而我们的研究和工作，就是保证这根 “蜡烛”转几千个小时都不会融化。当我们做的发动机应用到民航客机上时，航空公司会进行整机实验来测试发动机的性能，那景象可以说是“壮观”！把真的航空发动机驾到高台上去运行，周边的环境会极其恶劣，我们在观察室中都会被极高速的运转所震撼。这个“实验”虽然听上去非常“无厘头”，但这就是赤裸裸的研究难度。当然，我们在实验室里的实验则要温和几百倍不止，我们会通过计算把它推演到实际情况中去。但即便这样，所有实验室及观察室的玻璃也都是防弹级别的。因为即便温和了几百倍的发动机转起来，一旦某个叶片由于转速太快飞出去，都会造成非常严重的杀伤力。由此可见这个实验的难度与危险。

结合我的专业，流体计算就是通过推演来提高发动机的效率，让它跑得更快更好。以普通民航的发动机叶片为例。当叶片旋转时，发动机会发热到3000℃，压力是大气压的五到几十倍。此时的发动机叶片相当于一根普通的蜡烛，在一个巨大的油盘中以每秒300米的速度旋转，同时承受着与太阳表面相同的温度和压力。我们的研究和工作就是确保这根“蜡烛”在旋转几千个小时后不会融化。当我们做的发动机应用到民航客机上，航空空公司会进行全机实验，测试发动机的性能。那场面可以说是“壮观”了！如果真的把aero 空发动机开到一个很高的平台上运行，周围的环境会极其恶劣，我们都会被观察室里极高的速度运行所震惊。这个“实验”虽然听起来很“扯淡”，但却是赤裸裸的研究难点。当然我们在实验室的实验要温和几百倍，通过计算推导到实际情况。即便如此，所有实验室和观察室的玻璃都是防弹的。因为即使是温和几百倍的发动机转起来，一旦某个叶片因为速度太快飞了出去，也会造成非常严重的杀伤力。由此可见这个实验的难度和危险性。

目前流体计算的最新技术是“近似模型”。这个模型可以在目前的计算机水平上进行计算，其结果可以保证发动机运行的速度和精度。在我的毕业论文中，我开发了一种新的计算方法，可以使近似模型计算出的数据得到更快更准确的解释，最终提高发动机的性能和效率。近似模型的出现使飞船的动力系统向前迈进了一大步。如今，发动机的叶片上出现了一些新的设计。这些想法最初只用于军用航天器的发动机。现在大型民用航天器也应用了这些设计，提高了发动机叶片的气动性能和传热性能，从而使飞机飞得更快更稳，二氧化碳排放更少，噪音更低，能耗更少，发动机寿命更长。

现在正在研究的电动飞机和飞行出租车，都是流体计算在新领域应用的成果——研究人员不再局限于燃气发动机，还可以开发研究新的动力系统。

目前这方面最完善最先进的公司是欧洲的Lilium公司。他们已经制造了一架小型飞机，可以单人驾驶。它可以将日常交通从平面变为真正的立体，大大缓解地面交通拥堵问题，节约能源。然而，飞行出租车的实际实施和应用仍然面临很大的阻力。除了一些法律法规限制外，还有安全和噪音方面的考虑。不过，我相信这些限制在不久的将来会得到很好的解决。随着这些高科技产品的出现，人类将很快享受到这些科技成果带来的便利。

编辑:陈思