新重庆-重庆日报 首席记者 张亦筑 谢智强
像高铁一样拥有“子弹头”，像飞机一样长着“翅膀”，时速可达500公里……这是一种新型地面列车，或许在不久的将来，就会出现在人们的生活中。
这种地面列车，名为气动悬浮列车，是一项中日团队合作研制的项目。其中方参与者，就是重庆理工大学车辆工程学院赖晨光教授团队。
尽管气动悬浮列车的“梦想照进现实”还有待时日，但基于这一项目开发的相关成果，已经率先走出了实验室，在现实中转化应用、大显身手。
近日，重庆日报记者走进重庆理工大学进行了探访。
重庆理工大学汽车空气动力学——声学风洞中心，赖晨光为学生讲解气动悬浮列车的示意模型。记者 谢智强 摄/视觉重庆
一个来自信天翁的灵感使气动悬浮列车运输效能提高30%—40%
在重庆理工大学汽车空气动力学——声学风洞中心，记者见到了一个气动悬浮列车的示意模型。它的主体看上去跟高铁相似，但多了两对环形的“翅膀”和推进器。仿佛一按按钮，它就会瞬间启动，载着众人腾空起飞，直达某个目的地。
“这是我们和国外团队联合研发的气动悬浮列车，它作为一种创新型地面交通运输系统，利用了仿生学的原理，将地面效应应用到交通系统的开发中。”赖晨光介绍，它的设计灵感来源于一种名为信天翁的鸟。这种鸟在迁徙时，每进食一次，就能持续飞行达1500公里，具有惊人的“燃效比”。
重庆理工大学汽车空气动力学——声学风洞中心，气动悬浮列车的示意模型。记者 谢智强 摄/视觉重庆
为什么这么高？研究人员发现，这是一种特定条件下的地面效应。
赖晨光解释，简单地说，就是当鸟的翅膀在接近地面或者水面时，会产生升力急剧增加、阻力减小的现象，甚至不必扇动翅膀，就能够支撑身体的重量飞行。离地面越近，升力就越大。
而气动悬浮列车这一概念，最早由日本一位教授提出，第一代、第二代样车试制及实车试验已经在日本完成，并实现样车的贴地悬浮飞行，验证了项目的可行性。
早在2004年，赖晨光在吉林大学任教时，接触并参与到这一项目中，并于2007年赴日本深度参与项目，主要负责空气动力特性的研究。2011年回国加入重庆理工大学后，他又组建团队继续开展国际合作研究。
“气动悬浮列车行驶迅速安全，可以实现无人驾驶，结合了飞机和列车的优点，能获得极大的燃效比。”赖晨光说，试验验证，其运载经济效率为磁悬浮列车的6倍、高铁的2.8倍、飞机的1.3倍，具有巨大的发展潜力。
“环形翼的设计构想是我们提出的，并进行了验证，使列车的空气动力性能得到大幅提高。”他表示，在相同占地面积、轨道宽度的情况下，列车运输效能提高了30%—40%。
一个意外收获自主开发出智能优化工具箱
实际上，在最初的设计中，气动悬浮列车的车翼与飞机机翼相似，是一对尾端加装了竖直小翼的水平翼。然而，在试验过程中，他们发现列车行驶时，车翼后方会产生不稳定气流，使列车在行驶中的平稳性受到影响。
为此，中方团队提出了环形翼的设计构想。
“环形翼是在车身周围形成一个框状的翼结构，不过，这个框的上下翼并不在同一垂直平面上，而是上翼稍微向车尾倾斜。”赖晨光说。
他解释，大气边界层中最接近地表面部分的气流运动状态，被称为近地面流场。由于受到多种因素影响，如风速、风向、温度层结、地面粗糙度等，气流运动状态十分复杂。如何在复杂流动系统中对环形翼结构进行优化？在研究过程中，团队遇到了不小的难题。
“为了寻找最优解，我们最初采用传统的优化工具，但却发现效率很低。”赖晨光告诉记者，为此，他们决定自主开发，从设计、采样、仿真、优化到模型建构、数据挖掘等，并在国内首次提出将AI智能优化技术用于交通工具空气动力学的开发中，取得了非常好的效果。
重庆理工大学汽车空气动力学——声学风洞中心，赖晨光在气动悬浮列车的示意模型旁为学生讲解。记者 谢智强 摄/视觉重庆
举个例子，他们去采集样本，然后做试验。如果用传统的优化工具，可能需要100个样本点，但用自主开发的优化工具，只用10多个样本点即可，在效率大幅提高的同时，数据精度进一步优化。
“这也算是‘意外收获’。”赖晨光说，其实，从本质上来讲，它是一款通用的优化工具，虽是基于空气动力学研究开发的，但它也可以用在轻量化、结构强度、成本控制等很多研究领域。
随后，他们针对工具的适应性进一步开发，最终形成了具有自主知识产权的多目标智能优化工具箱Vaeopy。
围绕企业需求与比亚迪合作，将工具箱集成到车型开发流程中
气动悬浮列车虽然没有进入商业化运行，但赖晨光团队的研究成果，已经在相关领域实现了转化应用。
“比如，我们把智能优化工具箱应用到了汽车的空气动力学研究中，围绕企业的实际需求进行产品开发。”赖晨光说。
空气动力学开发对于汽车性能、能耗等至关重要。当前，在汽车空气动力学开发过程中，整车厂面临的最大一个问题，就是车型开发效率的问题。由于汽车行业竞争日趋激烈，整车厂往往要求车型迭代速度快，对车型开发效率要求非常高。
重庆理工大学汽车空气动力学——声学风洞中心，赖晨光教授团队启动并操作风洞相关实验。记者 谢智强 摄/视觉重庆
“早一个月推出一款新车型，跟晚一个月相比，结果可能完全不一样。”他坦言，显然，传统的优化工具，由于优化效率低，满足不了当前车型开发的需求。采用智能优化工具箱，则可以实现优化进度和效率的极大提升。
为此，项目团队围绕企业研发和生产的实际需求，深入开展汽车空气动力学性能开发与优化研究，主持完成了包括金康动力、东风小康、宗申、中车集团、嘉陵等企业多款车型和零部件的空气动力学开发项目，与中国汽研联合承担了包括上汽、东风、广汽、吉利、江铃等汽车企业10余款车型的整车空气动力学开发项目，在企业产品开发中发挥了重要作用。
重庆理工大学汽车空气动力学——声学风洞中心，学生检查实验器材。记者 谢智强 摄/视觉重庆
值得一提的是，团队还与部分车企达成了深度合作。
“比亚迪就对此高度重视，专门成立了一个20多人的开发团队，由我们的一名博士研究生牵头，把智能优化工具箱集成到企业汽车空气动力学开发流程中，并对整个开发体系进行了系统重构，实现了全流程自动化。”赖晨光表示。
除了空气动力学开发，目前，团队也正在尝试将智能优化工具箱应用于热管理优化中，包括一些高功率芯片、控制器等，为其寻找最优的散热途径和散热结构设计，让智能优化工具箱在推动汽车行业发展中发挥更大的价值。目前，已有多家企业表示出强烈合作意愿。
原稿点击：高校科技成果转化的重庆探索③｜长“翅膀”的“子弹头”列车！这项成果已率先走出实验室-重庆日报
