制造筋斗云

赵言昌

何小凡

12岁

调皮好动，好奇心强，麻烦制造者，所以大家都叫他“何小烦”。

宋大力

12 岁

何小凡与马飞飞的同学，平时总喜欢说自己是天才，其实是个萌萌的傻大个。

马飞飞

12 岁

何小凡的同桌兼好友。喜欢美食，零食常常不离手。“学霸”，遇到不懂的问题喜欢请教他人。胆小，但在危急时刻敢于挺身而出。

郝 布

X学院的老师，是何小凡、马飞飞和宋大力的班主任。关心学生，但很严肃，总在课堂上或考卷中出难题，大家都叫他“ 好恐怖”。

何小凡一向活泼好动，今天更是像一阵风一样冲进教室，“这次科学课，我们要制造筋斗云！”

听他一说，宋大力和马飞飞糊涂了。筋斗云？孙悟空的飞行法术？神话里的东西，跟科学课有什么关系？

一连串的问题可把何小凡难倒了。他只是在休息时间浏览学校网站时，看到科学课计划中的“制造筋斗云”，如同猪八戒拿到人参果，哪里顾得上细细琢磨，现在想详细解释，也不知道该说些什么。

幸好，上课铃响了。

“神话”的背后

郝布还是以往的样子，不疾不徐地走进教室，向两眼放光的同学们介绍起这次名字看起来很特殊的课程。原来，市里准备打造一个虚拟“神话世界”，以中国的传统神话为蓝本，内容包括《山海经》里的山精、西王母的青鸟等，自然也少不了齊天大圣的筋斗云。教育系统和科研机构都加入了这个大项目，而他们班接到的是收集数据的任务。

“闹了半天，只是收集数据啊？”何小凡不禁有些失望。

马飞飞认真想了一下，“收集数据可不简单哦！打造这个虚拟世界需要准备合适的模型，要想办法把人在‘筋斗云上的状态转化为数据，可能还要用到特殊的实验室……”

“没错，”郝布赞许地点头，“为了让人们更好地了解传统文化，‘神话世界将使用增强现实技术。简单来说，就像录音机，先录下声音，再适时重现。首先，我们戴上传感器，收集乘坐筋斗云时的感觉转化而来的数据；然后，将这些数据传送给研究机构，以便他们研制特殊的服装；等到人们参观‘神话世界的时候，只要穿上特制的服装，就能得到相应的感受，宛如真的在腾云驾雾。”

这下，何小凡又燃起兴趣。倒是宋大力，皱着眉头，非常困惑，“为什么要在实验室里做，而不是直接用电脑模拟数据呢？”

“这个问题很好。可能还有同学会想，要是直接在现实环境中乘坐筋斗云，那该多过瘾。”郝布说着看了何小凡一眼，后者被拆穿心思，忍不住脸上一红，“你们听说过C919吗？”

“这个我知道！ C919是咱们国家第一款大型飞机，据说研制过程可艰辛了。”宋大力答道。

“没错。从2007年开始研究到2017年首次飞行，这架飞机花了工程师们十年光阴。不过，首飞成功之后，人们没有立刻乘上它遨游四海，而是又花了五年的时间进行飞行试验。这是为什么呢？”

三位同学面面相觑。

郝老师接着说：“空气流动起来就成了流体，飞机是要和流体打交道的。流体的运动十分复杂，无法完全用计算机模拟。因此，飞行器是否安全，一般要经过三种方式检验：理论推演，比如用计算机进行仿真研究；实验室试验，人工模拟某种环境，看看飞行器的状态如何；再就是实地试验……”

“哦，我懂了。”马飞飞说，“理论推演、实验室里的试验和实地试验，都是科学研究必不可少的。”

“实际上，三者是互相补充的关系。”郝布说着，打开投影仪，“二十世纪初，匈牙利科学家冯·卡门的同事准备研究流体现象，便在实验室里打造模型。然而，模型中总是出现意料外的旋涡。同事认为，也许是模型不够光滑，于是磨了又磨；冯·卡门却想到，也许有旋涡才是正常的，进而推导出了相应的理论，又用这个理论去解释生活中的现象，比如桥墩后方的旋涡。如果没有他的理论创新，他的同事不知道要打磨模型到什么时候。反过来说，试验中出现的现象，又为理论推导提供了依据。”

马飞飞若有所思，宋大力则是一脸激动，仿佛看到自己坐在电脑前，输入模型和数据，推演世间万物的样子。何小凡更是等不及了，忍不住催促他们：“我们快去实验室吧，大家还等着我们的数据呢！”

看不见的力量

实验室由两个房间组成：一间平平无奇，另一间的正中则放着何小凡心心念念的筋斗云。细看起来，它的前端呈椭圆形，中间有着向上的弧度，尾巴处又急速收窄，仿佛是跃出水面的胖鱼。

流体现象的漩涡和声响

液体流动除了会产生旋涡，还可能发出声响，这跟湍流现象有关。用老式血压计测量血压，必须用到听诊器，听诊器就是用来寻找血液湍流之声的。

何小凡目不转睛地盯着筋斗云模型，宋大力则注意到除了筋斗云之外，实验室的墙壁也很特殊，上面布满软幕，软幕之间不是完全贴合的，有着许多孔洞。

“这些小洞后面连着特制的风扇。在电脑控制下，它们可以产生各种各样的风。”郝布解释道。

“有风的小洞，难道是‘风洞？”宋大力记得自己在哪里看到过这个名字。

“风洞是流体试验最重要的设备，只论大致构造，确实和这间实验室有点儿像——都是通过某种设备产生气流，利用管道将气流引到模型上。但论精密程度和试验目的，两者却是大不相同。小凡，我看你最着急，就你先来吧。”郝布取出传感器，帮何小凡穿戴好。

在何小凡心目中，此刻的郝布就像是菩提老祖，而自己是学艺的孙猴子。因此，他虽然有许多问题——比如，那些传感器旁边为什么都有个瓶盖样的东西——却根本没有问，而是捣蒜般拼命点头，“放心吧，保证完成试飞任务！”

郝布带着宋大力、马飞飞去了控制室。何小凡就像得到了心爱的玩具，仔细打量着眼前的筋斗云。在灯光下，它泛着银白色的光，那光芒似乎在缓缓流动。何小凡伸手摸了一下，感觉更是奇怪——筋斗云摸起来是软的？！

“跟果冻差不多啊，这样怎么坐上去……”他忍不住小声嘀咕。

风洞的类型

风洞分为许多种，比如低速风洞、超音速风洞；如果按照试验目的划分，种类就更多了——有的可以测试飞机、导弹，有的负责检查汽车、桥梁、建筑，还有的能够模拟其他星球的大气情况，帮助科学家们研制地外飞行器。

对讲机里传来郝布的声音：“咱们的模型是用智能流体做的。简单来说，就是一些特殊的小颗粒，会对特定磁场产生反应，柔软一些或者結实一点。这样的话……”

“就像一个可以随时调整舒适度的马鞍？”何小凡拍了拍筋斗云。

“小凡找的例子很形象。接下来，我给它施加磁场，你就可以坐上去了，然后根据我的指令配合做出动作。”

片刻之后，墙壁亮起来，出现了连绵的山、一望无尽的海，以及似乎要迎面撞上的白云。何小凡听着指示，做出站立、坐下、抬腿等动作。或急或徐的微风迎面吹来，一时间，他真的以为自己在筋斗云上。

“要是小飞侠在就好啦，可以拜托它将我的英姿拍摄下来。”何小凡心里想着，忍不住模仿孙悟空的经典姿势——手搭凉棚、金鸡独立。

忽然，他感觉被谁推了一把，脚下一晃，从筋斗云摔了下来。

“你没事吧？！”片刻工夫，郝布冲进了实验室。宋大力慢了一点儿，一脸焦急地跟在后面。至于马飞飞，她已经开始呼叫校医院的大白医生了。

这下，何小凡倒有些不好意思起来。“我没事，刚刚不知道哪里冒出来几个气球，把我给托住了。说起来，是我不好，没有听从郝老师的指示……”

郝布看着何小凡，不由得暗暗庆幸：传感器配备的安全气囊到底是发挥了作用。他放下心来，安慰何小凡道：“不全是你的错，你看——”

电脑连着实验室的数据中心，屏幕上展示出何小凡摔倒前的状态。只见他的脚边，有一团红色的东西。“这表示你受到了来自外部的力量。”马飞飞解释道。

“外部的力量？可是，这间屋子里只有我一个人呀。”何小凡大吃一惊。

“是卡门涡街的作用，就是冯·卡门发现的那种旋涡。看样子，我们要为筋斗云预约正式的风洞试验了。”郝布说。

风从哪里来

风洞实验室位于力学研究所，他们到得太早，预约时间还没到，郝布带着同学们在等候区观看了一场真实的事故。

1940年的美国西北部塔科马海峡，一座大桥的桥面剧烈抖动起来，像是有个隐形的巨人，正在发泄自己的不满。不多时，桥面被掀翻，连接大桥的吊杆发出令人牙酸的声音，宛如狂风之中的芦苇。

“天哪！”宋大力看着坠毁的大桥，忍不住惊呼。马飞飞更是吓得捂住了眼睛。

“风吹过桥面产生卡门涡街，一连串的旋涡像是一双大手，不断拍打桥面。当拍打的频率与桥梁固有频率相同时，大桥便因为共振而塌陷。”郝布解释道。

“原来风这么危险……”何小凡倒吸一口凉气，“那该怎么检测旋涡对桥梁的作用呢？也是靠风洞吗？”

郝布点点头。

这下子，大家对风洞试验更期待了。预约时间一到，研究所负责接待的阿姨就热情地带他们去了风洞。何小凡想象过风洞的样子，却没想到它看起来跟学校的礼堂有点儿像，都是“矮胖”型的，只是占地更广——恐怕有半个足球场大。

走进建筑内部，最醒目的便是各种管道，它们有粗有细，首尾相接，像是一条条咬住自己尾巴的蛇。

郝布解释道：“这是一个低速风洞，大致可以分为三个部分：负责产生风的动力部，负责引导风的管道，以及摆放和测试模型的试验段。”

“里面的风是从哪来的呢？”宋大力感觉这里跟自己想象中的大不相同。

“是靠风扇吹出来的。”郝布答道。

“风扇？原来这么普通的吗？我还以为是什么高科技……”何小凡忍不住撇嘴。

“如何让风扇产生稳定的气流，当年可难倒了不少科学家呢。幸运的是，冯·卡门有个非常聪明的学生，用一篇论文解决了难题。他的名字你们都听过，只是对他的具体贡献也许不太清楚——他就是钱学森。

“钱学森先生曾在冯·卡门的指导下研究流体。他发表的文章为风洞设计指明了道路。后来，他参与了‘两弹一星工程。这些都离不开风洞。就拿导弹来说吧，不同的外形在飞行中受到的空气阻力就不一样。钱学森组建的中国科学院力学研究所，就设计和制造了一大批风洞。导弹、国产大飞机、各个城市的地标建筑，都要先经过风洞的检测。国内最先进的风洞，以爆燃的氢气作为动力来源，吹出来的风可以达到音速的三十倍——这股风从北京跑到广州只需要五分钟。”郝布解释道。

捕捉风的翅膀

何小凡这下真的服气了，他乖乖坐在观察室内，越过观察窗，看向风洞的试验区域。只见支撑臂稳稳地托着筋斗云模型，而筋斗云上方多了一位“乘客”——一个用特殊材料制成的人体模型。更远处的控制室内，穿着白大褂的叔叔阿姨们在忙碌着。

过了好半天，耳机里响起一个声音：“测试结束，一切顺利。”

“不对，不对，”何小凡皱着眉头，“风呢？我怎么没看到啊？”

马飞飞也说：“我们做试验的时候，利用传感器将筋斗云受到的力都转化成数据，实时显示在电脑上。这里是怎么做的呢？”

“也是某种传感设备，只是你们没有注意到，或者没有办法注意到。”郝布说着，带他们去了研究所的展览室。

第一件展品跟大家刚才看到的筋斗云下方的支撑臂一模一样。郝布走到展览台前，操作面板上的按钮。几条钢丝在马达的驱动下，将支撑臂一层一层展开。大家这才发现支撑臂内部大有乾坤——布满了各种各样的感应元件。

“这个叫作风洞天平。它除了支撑模型，当风吹来的时候，还可以测量模型受到的各种力量。”郝布向他们解释。

“哦，我明白了。当卡门涡街引起共振时，它可以准确测量模型的状态。”马飞飞说。

“可是，它不能直接测量旋涡吧？”何小凡仍不死心。

“负责将旋涡显示出来的工具，在那边。”

何小凡顺着郝布的指引望去，右侧的展台上有一个透明的立方体，里面不知道放了什么东西，一閃一闪地发着光。立方体边上则是一部照相机。随着一连串“咔嗒”“咔嗒”的细微快门声，展台边的电脑屏幕上出现了一张张照片。每一张都有不少发光的小点，但大家都有些摸不着头脑：这是什么呢？

郝布说：“以前，科学家会在模型上粘细线，利用它们寻找气流的踪迹；或者给模型装上电阻丝，再在电阻丝上抹些石蜡，用石蜡受热蒸发产生的烟雾，显示气流的状态。不过，这些办法都有缺点。因此，科学家们想到了一种新的办法——你们说，要是往风洞里丢一群萤火虫，会发生什么呢？”

“萤火虫？”宋大力咋舌道，“看起来会是光点被风吹散吧？”

“没错。萤火虫在风洞里也会受到风的作用。如果我们用高速摄像机拍下它们在特定时间的位置，就能反向推导出风的状态。同一只萤火虫，上一秒在右边，下一秒到了左边，说明有一股从右往左吹的气流。”郝布的说法很形象，大家连连点头。

“我看这里面的不像是萤火虫啊。”何小凡瞪大眼睛，仔细观察着。

“萤火虫只是打比方。这个立方体里的，是一群会在特定情况下发光的微型颗粒。科学家们用摄像机将它们的位置拍下来，然后利用计算机推导它们的飞行状态，就能把无形的风变成一幅直观的画，小凡你想看到的旋涡就能描绘出来了。”

盯着立方体里看似没有规律的光点，大家渐渐沉默下来。郝布知道，这是每一个喜欢科学的少年都必然经历的时刻。很多年前，他也在类似的场景下心潮澎湃。

尾 声

风洞实验室的研究员们效率很高，很快提出了对筋斗云模型的修改意见。郝老师也改进了试验办法，三个同学轮番上阵，尽量收集有用的数据。如白驹过隙一般，已经到了跟筋斗云告别的日子。

“我们和它合个影吧？”郝老师提议。

何小凡像是转了性子，乖乖站到筋斗云旁。宋大力悄悄拉了下他的袖子，“你是不是舍不得？没关系，过不了多久就能见到了……如果是真的筋斗云，该有多好啊！”

“不，”何小凡认真地说，“对我来说，它就是真的。天宫空间站、墨子号卫星，这些都是真的。”

又过了半年，“神话世界”终于开放了。郝布带着学生们去参观。只见人来人往，满脸好奇的人们穿梭于奇石、神兽之间，真是好不热闹。宋大力和马飞飞急忙顺着导游的指引，准备换上增强现实服装，好好体验一下这个如梦如幻的世界。

何小凡却眼睛一转，掏出一样奇怪的东西——原来，他给小飞侠制作了一身外套——一个筋斗云模样的外壳。在小飞侠的注视下，他走到留言板前，认认真真地写道：“谢谢科研工作者，让传说变成现实！”

[责任编辑：杨竞]