这是先行故事汇的第96期。
今天，我们讲一个深圳工程师们把天空“搬进”实验室的故事。
在深圳市龙华区丹霞路的起点，一座看起来只有三层楼高的实验室基地，外表平平无奇，里面却别有“洞”天。
“现在装置上电了吗？”
“上电了。”
“来，点，别害怕。”
实验室内，工作人员正在开启实验设备，准备“造风”。
（低空复杂环境模拟装置）
随着81台高功率风机同时启动，风速高达50米每秒的可控风场，在这个3层楼高的八边形盒子里生成。
“稳定性测试调得怎么样了？”在控制室里，加拿大工程院院士、深思实验室主任杨军，正询问稳定性测试的结果。
“目前从数据图来看，各个风机的转速运行正常、平滑。”
“基本上达到预期了是吧？”
“是的。”
工作人员的回复，让杨军的心情稍稍放松下来。这座能够模拟风切变、时变风、下击暴流、城市特殊风场的低空复杂环境模拟装置，研发的整个过程，困难重重。
（杨军和同事关注着测试数据结果）
“做这种原创性的装置，没有什么参照，这也是我选择到深圳创业的原因，要敢于天下先。”杨军表示。
聚焦低空电动航空飞行器安全边界
2021年，在《国家综合立体交通网规划纲要》中，首次提出低空经济概念。同年，杨军带着8人的团队回国，加入电子科技大学（深圳）高等研究院，组建深思实验室。
“当时我们在想下一个战略新兴领域是什么？如果在交通领域的话，就是以垂直起降电动飞机为代表的电动航空。”杨军决定选择面向低空经济的电动航空，作为整个团队的主要研究方向，助推中国早日实现点对点的立体交通网络。
（杨军 加拿大工程院院士 深思实验室主任）
然而，复杂的低空风场及气象环境，是目前制约低空经济发展的因素之一，在复杂的气象条件下，飞行器的安全边界对不同气候、不同气象的耐受性，也不相同。为了能界定清楚飞行器的安全边界在哪里，杨军决定，造一个能模拟出低空复杂环境的模拟装置，加快飞行器的适航标准制定。
“作为一个科研人员，我们要有使命感，我们要敢于去啃‘硬骨头’”，杨军表示。
从单台风机测矩到多台风机联控
风机矩阵响应速度突破两秒以内
研发初期，国内外还没有同类型的装置，杨军和团队成员只能摸着石头过河，先从单个风机开始研究。
常规的风洞装置从启动到稳定运行状态，需要花费几十秒甚至几分钟左右的时间。要想模拟出低空环境瞬息万变的特点，则要求风机的响应时间在2秒以内。
在模拟实验室内，校文超指着眼前的风机墙介绍：“比如我们走到一个十字路口，突然会有一个强风，无人机也会遇到这种情况。要想模拟这种突风，目前市场上的风机，还达不到我们的要求。”
（校文超检查移动风机墙）
经过不断地试验，单个风机的响应时间和速度基本达到了试验需求，然而，同时启动一百多台风机，且需在2秒内完成指定动作，是团队面临的又一道难题。
“刚开始，通过串行控制的一百多台风机，响应时间要很久。我们不断地测试，逐步把时间缩减到了10秒，但是距离2秒还有很大差距。”校文超回忆到。在不断探索中，杨军提出，可以采用分布式的并行计算方式，有效缩减信号在传输过程中的延迟。
最终，通过不断地调试、优化风机、变频器以及控制系统，风机矩阵最终实现了2秒内的响应时间。“现在所有的风扇都能够在同一时间完成响应，声音是比较震撼的。”校文超笑着说。
运用仿真技术搭建物理模型
模拟装置实现线上测线下验
装置响应时间解决了，“风形”成为下一个需要攻克的挑战。
传统的风场模拟装置，只是往一个方向均匀地吹风，模拟出高空或是平流层的场景，然而，在1000米以下的低空，属于对流层，受到地面效应、热岛效应以及建筑群的影响，充斥着各种各样的风场，目前还没有装置能模拟出这些场景。
杨军提出，可以通过三组风机矩阵组成模拟装置，再进行仿真测试，对三组风机矩阵之间的关系，再进行调整。于是，校文超带着同事走出实验室，收集不同的风型。“这个方向风速大概是1.6米/秒，另一个方向是3.5米/秒，不稳定，存在一个复杂的紊流，我们风场模拟也要做到这么一个效果。”拿着测风仪，校文超记录下了所需要的数据。
带着数据和需求，校文超找到制作仿真物理模型的同事，李浩。
“李老师，我们想仿一个新的风的形状，想看看仿真能不能实现。”
“我们建好的模型，可以设置相关数据后，让它自动生成流体域，这个结构里面就是模拟的流体域。”
仿真测试不仅可以模拟出复杂几何形状，边界层效应、湍流等，同时可以提供更准确的设计参考，缩短产品开发周期，降低成本。“装置的实际测试是非常费电的，像我们的风扇，全部运行的话，一个小时要两千多度电”，校文超告诉我们。
经过半年时间的调整测试，在低空环境里，风切变、垂直流等四种复杂风场，被“装进了”模拟装置里。
装置迎来首次低空飞行器测试
3个月内服务4家低空相关企业
经过两年多的研发、建设，风场被“搬进”了由工业厂房改造而成的车间里。这个外舱直径18米，内舱直径10米，由三个不同方向的风机矩阵组成的模拟装置，能支持4米翼展的航空器在这里做真正的垂直起降、悬停等飞行姿态的空气动力学研究。而风洞实验室，也迎来了首次考验，测试一款低空测绘电动飞行器的稳定性。
（低空测绘电动飞行器正在接受侧风考验）
“风力可以再加大一级吗？”
“好的，收到。”
经过半天的侧风测试，飞行器团队获得了想要的数据。而他们对这个风洞实验室也赞不绝口：“因为在户外的条件下，天气是随机的，你想要有一个比较好的风力测试环境，是很困难的。”
在低空复杂环境模拟装置落成的3个月内，向4家企业，提供了时变风，水平、垂直风切变，十字路口风等抗风性测试服务。
（低空复杂环境模拟装置一期）
“外舱直径达65米，内舱直径45米，允许翼展达到17米的eVTOL在里面再做测试”，杨军透露，目前正在规划打造低空复杂环境模拟装置plus版。“这是我们对科学，对产业，从基础研究方面做出的探索。这也是我们整个团队，保障低空经济能够安全、有序、健康发展，应有的使命吧。”
记者手记
