工作人員帶領(lǐng)媒體記者參觀低空風(fēng)洞裝置。

在深圳龍華區(qū)丹霞路1號，一座三層樓高的實驗室基地里藏著一個“呼風(fēng)喚雨”的神奇空間——81臺高功率風(fēng)機同步啟動時，能生成風(fēng)速高達(dá)60米每秒的可控風(fēng)場。這是電子科技大學(xué)（深圳）高等研究院深思實驗室打造的全球首創(chuàng)低空復(fù)雜環(huán)境模擬裝置，也是全球首個專為低空經(jīng)濟(jì)設(shè)計的風(fēng)洞裝置，被稱為低空飛行器的“模擬氣象試驗場”。如今，它已能精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)城市峽谷風(fēng)場、熱島效應(yīng)、風(fēng)切變、下?lián)舯┝鞯鹊湫蛷?fù)雜風(fēng)場及極端氣象，為無人機、電動垂直起降飛行器（eVTOL）等低空裝備的安全飛行，搭建起關(guān)鍵的試驗驗證平臺。

低空風(fēng)洞精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)復(fù)雜低空環(huán)境

提供“全場景模擬”測試支持

9月11日，龍華區(qū)委宣傳部組織媒體參觀深思實驗室打造的全球首個低空風(fēng)洞裝置。作為全球無人機產(chǎn)業(yè)的核心重鎮(zhèn)，深圳低空經(jīng)濟(jì)正以26.4%的高速增長強勢崛起。盡管全球已建成逾千座風(fēng)洞，但低空飛行器復(fù)雜環(huán)境效應(yīng)是工程技術(shù)難題之一。城市低空飛行器則受地形、建筑物、植被、氣溫等多種因素影響，相較于高空平流層，需面對對流層低空復(fù)雜風(fēng)場。尤其是高容積率城市、山地城市或沿海城市，在大氣環(huán)流和多種局地環(huán)流相互交互、疊加作用下，低空流場極為復(fù)雜。

深思實驗室研制的低空三維多物理場耦合引導(dǎo)風(fēng)洞，正是為破解這一難題而生。不同于常規(guī)風(fēng)洞模擬單一方向來流，該裝置能精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)風(fēng)切變、下?lián)舯┝?、熱島效應(yīng)等復(fù)雜流場，為1000米以下低空飛行器的安全測試提供“全場景模擬”支持。

走進(jìn)實驗室，記者看到，引導(dǎo)風(fēng)洞的“身形”格外醒目：裝置分為外艙與內(nèi)艙兩部分，外艙直徑18米、內(nèi)艙直徑10米，由3組不同方向的風(fēng)機矩陣與底部1組繞流風(fēng)機共同構(gòu)成。這種設(shè)計并非偶然——3組風(fēng)機矩陣負(fù)責(zé)構(gòu)建多向復(fù)雜風(fēng)場，繞流風(fēng)機則配合垂直風(fēng)機生成下?lián)舯┝鳎罱K實現(xiàn)“X-Y-Z”三向速度場的精準(zhǔn)控制。

更令人驚嘆的是它的“反應(yīng)速度”：常規(guī)風(fēng)洞從啟動到穩(wěn)定運行需幾十秒甚至幾分鐘，而低空環(huán)境風(fēng)力瞬息萬變，要求模擬裝置的風(fēng)機響應(yīng)時間必須控制在兩秒內(nèi)。經(jīng)過團(tuán)隊反復(fù)調(diào)試，如今風(fēng)機矩陣不僅能實現(xiàn)兩秒內(nèi)同步響應(yīng)，最高風(fēng)速更可提升至60米每秒；同時，裝置還能集成雨雪、積冰凍雨、濕熱、高低溫、太陽輻照等氣象要素，真正實現(xiàn)“城市低空環(huán)境全要素模擬”。

此外，楊軍院士團(tuán)隊熊薇還帶領(lǐng)參觀了移動風(fēng)墻?！耙苿语L(fēng)墻內(nèi)橙色裝置是噴淋系統(tǒng)，可以模擬雨天，移動風(fēng)墻還有定位器，用來捕捉飛行器的飛行軌跡，判定飛行器是否按原來設(shè)定的路線在飛行，如果偏移的話，偏移的量是多少?！毙苻苯榻B，低空三維多物理場耦合引導(dǎo)風(fēng)洞已能穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)四大類復(fù)雜風(fēng)場——風(fēng)切變、突風(fēng)/時變風(fēng)、垂直流（含熱島風(fēng)場、下?lián)舯┝鳎⒊鞘刑厥怙L(fēng)場，可按需隨時創(chuàng)造可控測試環(huán)境。

對于企業(yè)而言，這意味著無需再依賴戶外試飛“看天行事”，極大縮短了低空裝備的研發(fā)周期，節(jié)省了大量時間與人力成本。截至目前，裝置已為多家企業(yè)提供時變風(fēng)、水平/垂直風(fēng)切變、十字路口風(fēng)等抗風(fēng)性測試服務(wù)，支撐多款低空飛行器完成關(guān)鍵性能驗證。

同時啟動100多臺風(fēng)機

在兩秒內(nèi)完成指定動作

當(dāng)前低空風(fēng)洞研制團(tuán)隊已在復(fù)雜風(fēng)場模擬技術(shù)、風(fēng)機矩陣構(gòu)建與控制策略技術(shù)、高功率密度風(fēng)機設(shè)計與制造技術(shù)等方面實現(xiàn)多項突破。這項突破的背后，是一支頂尖科研團(tuán)隊的數(shù)年攻堅。2021年，加拿大工程院院士楊軍回國加入電子科技大學(xué)（深圳）高等研究院并組建深思實驗室，帶領(lǐng)團(tuán)隊勇闖產(chǎn)業(yè)技術(shù)無人區(qū)，前瞻布局低空經(jīng)濟(jì)，將主要研究領(lǐng)域確定為工業(yè)互聯(lián)和智能制造——電動航空，是國內(nèi)第一批布局電動航空產(chǎn)業(yè)的高校團(tuán)隊，推動我國早日實現(xiàn)點對點的立體交通。

如今，深思實驗室已形成30余人的核心研發(fā)梯隊，其中80%以上為海外回國人員，包含8名國家級人才、10余名教授及研究員、10余名副教授及副研究員。目前，已初步打造了以產(chǎn)業(yè)/科技基礎(chǔ)設(shè)施－低空三維多物理場耦合風(fēng)洞為核心，以根技術(shù)-飛控技術(shù)、新能源動力系統(tǒng)、智能制造等為支撐的“3+1”電動航空實驗室，形成了面向低空經(jīng)濟(jì)安全、安靜、安心的原創(chuàng)技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化體系。

“科研工作者要敢于去啃技術(shù)突破的‘硬骨頭’?！睏钴娊榻B，研發(fā)初期國內(nèi)外并無同類裝置可參考，團(tuán)隊只能“摸著石頭過河”，先從單個風(fēng)機開始研究。要想模擬出低空環(huán)境瞬息萬變的特點，則要求風(fēng)機的響應(yīng)時間在兩秒以內(nèi)。經(jīng)過不斷地試驗，實驗室的單個風(fēng)機的響應(yīng)時間和速度基本達(dá)到了試驗需求。然而，同時啟動100多臺風(fēng)機，且需在兩秒內(nèi)完成指定動作，是團(tuán)隊面臨的又一道難題。

在不斷探索中，楊軍提出，可以采用分布式的并行計算方式，有效縮減信號在傳輸過程中的延遲。最終，通過不斷地調(diào)試、優(yōu)化風(fēng)機、變頻器以及控制系統(tǒng)，風(fēng)機矩陣最終實現(xiàn)了兩秒內(nèi)的響應(yīng)時間，“現(xiàn)在所有的風(fēng)扇都能夠在同一時間完成響應(yīng)，聲音十分逼真震撼”。

此外，在1000米以下的低空，屬于對流層，受到地面效應(yīng)、熱島效應(yīng)以及建筑群的影響，充斥著各種各樣的風(fēng)場，目前還沒有裝置能模擬出這些場景。

楊軍提出，可以通過三組風(fēng)機矩陣組成模擬裝置，再進(jìn)行仿真測試，對三組風(fēng)機矩陣之間的關(guān)系，再進(jìn)行調(diào)整。團(tuán)隊更走出實驗室，帶著測風(fēng)儀奔赴不同城市采集真實風(fēng)型數(shù)據(jù)——經(jīng)過半年調(diào)試，終于將風(fēng)切變、垂直流等四種核心復(fù)雜風(fēng)場“復(fù)刻”成功，讓低空飛行器在實驗室內(nèi)就能“經(jīng)歷”戶外可能遇到的各種風(fēng)力考驗。

低空三維風(fēng)洞，不僅能界定飛行器的安全邊界，也能加快飛行器的適航認(rèn)定。經(jīng)過兩年多研發(fā)，這座“人工造風(fēng)場”從圖紙變?yōu)楝F(xiàn)實，落戶于工業(yè)廠房改造的實驗室中。目前，它已能支持翼展4米以內(nèi)的航空器，開展垂直起降、巡航、懸停等全飛行姿態(tài)下的氣動特性、飛控性能及安全性能研究，已經(jīng)向多家企業(yè)提供了時變風(fēng)，水平、垂直風(fēng)切變，十字路口風(fēng)等抗風(fēng)性測試服務(wù)及研發(fā)測試服務(wù)。

采寫/攝影：南都記者 張小玲

籌建大型低空復(fù)雜環(huán)境模擬裝置 能容納翼展17米低空飛行器及無人機群測試

更令人期待的是未來的規(guī)劃：深思實驗室正籌備建設(shè)外艙直徑65米、內(nèi)艙直徑45米的大型低空復(fù)雜環(huán)境模擬裝置。建成后，它將能容納翼展17米的大中型全尺寸低空飛行器及無人機群開展測試，進(jìn)一步覆蓋城市極端與典型運行場景。

“我們在多向來流、可控復(fù)雜風(fēng)場、氣象耦合等技術(shù)上有獨特優(yōu)勢?！睏钴姳硎?，團(tuán)隊正持續(xù)積累實測數(shù)據(jù)，提升模擬與預(yù)測精度，未來有望在城市微氣象模擬領(lǐng)域取得更大突破，為中國點對點立體交通網(wǎng)絡(luò)的落地，夯實技術(shù)基石。