耗散機製抹平;但在反向推演中,微小的誤差會被指數級放大!
更不用說,現在這個不適定反問題,還別扔進了「湍流」這個混沌係統裡麵。
林葉感覺自己要是真的把這個問題真的給解決了,先不說最終成果的價值量有多高,光是能夠解決這個問題,學術界的人估計都得說一句牛逼。
「係統啊係統,你這是逼著我重新發明流體力學啊——」
雖然嘴上在抱怨,但林葉眼中的光芒卻越來越盛。
難度越大,意味著這座山峰背後的風景越壯麗。
如果真能把這個「不適定」的問題變成「適定」的,那不僅僅是解決了一個工程降噪問題,更是觸及了流體與波相互作用的數學靈魂。
「來嘛來嘛來嘛!奧利給,乾就完了!」
林葉拉開椅子,重重地坐下,隨手抓過一本《流體動力學中的伴隨方法》,翻開第一頁。
瞅了一眼旁邊浮現出來的倒計時框。
上麵顯示的是40天時間,好在不是30天,係統還算是當了一回人。
「我還就不信啃不下來這塊硬骨頭!」
研究正式開始。
前七天,林葉幾乎沒有動筆計算,而是根據係統提供的那成堆的學習資料,沉浸在基礎理論的學習當中。
正所謂磨刀不誤砍柴工嘛!
他重新推導了萊特希爾方程,這是氣動聲學的基石。
大概長這樣:
看著這個方程,林葉眉頭緊鎖。
「萊特希爾把流體運動看作是靜止介質中的聲源分布,這在正問題上很有效,但在反問題上,它掩蓋了渦旋的動力學本質。」
「如果不把渦旋從背景流場中剝離出來,反演計算就全都是噪聲。」
他開始轉向M.S.Howe的渦聲類比理論。
「聲音源於渦量w和速度u的叉乘。也就是說,隻有當渦旋發生拉伸、扭曲或與其他物體表麵相互作用時,才會發出聲音。」
時間很快過去。
第一個周裡,他沒有急著去解題,而是不斷地在腦海中構建物理圖像。
他明白,隻有深刻理解了正向的物理機製,才有可能找到逆向的線索。
而從第二周開始,他便嘗試構建數學框架。
他引入了伴隨算子,試圖推導關於渦量場的伴隨狀態方程。
然而,正如他預料的那樣,災難發生了。
當他試圖逆向積分時,湍流的混沌特性就開始搞事了。
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「操蛋!這個梯度場是發散的!」
林葉看著草稿紙上推導出的伴隨變量演化方程,嘴角抽搐。
由於納維—斯托克斯方程在雷諾數很高時對初始條件極端敏感,逆向積分會導致微小的誤差呈指數級放大。而他計算出的形狀敏感度梯度,充滿了高頻且隨機的數值噪聲,如果直接用這個梯度去指導螺旋槳形狀優化,得到的恐怕不是光滑的曲麵,而是心電圖那種全都是刺的曲線了。
這就是不適定性的威力。
林葉不由產生了些許的焦慮,好在是修煉空間的效果又能讓他很快地將這種焦慮的心情給忘記。
他嘗試了提克霍諾夫正則化,試圖平滑梯度,但效果卻很差,要麼就是平滑過頭了,關鍵的渦旋結構特徵被抹平了;要麼就是平滑不夠,梯度依然是亂碼。
陷入僵局的林葉,開始瘋狂地翻閱那些關於微局部分析和最優控製的書籍。
直到第22天,他在一本關於壓縮感知的數學專著中,看到了關於稀疏表示的概念。
一道閃電瞬間擊穿了他的思維迷霧。
「我為什麼非要反演整個流場?整個湍流場裡,真正產生強噪音的,其實隻有那極少數發生劇烈拓撲改變的渦旋!」
「大部分背景渦旋,雖然看起來熱鬨,但在聲學上是可以視為啞巴的!」
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