第587章 高熵合金
长达两百六十米的楔形骨架，从舰艏一直延伸到舰尾。
主承力结构由十二道环形加强框和七根纵向龙骨梁组成，框与梁之间再用高熵合金梯度节点连接，形成了一个半刚性的箱型结构。
骨架的外面再覆盖陶瓷基蜂窝夹层板，最外层贴的是可重复使用的热防护蒙皮。
整个外壳系统的总设计师是韩熹，但是具体到每一条焊缝、每一个连接节点的力学设计，邹杨带着结构组已经做了几百轮迭代了。
远航号的舰体主结构，设计要求极其苛刻。
整艘飞船两百六十米长，干质量控制在八千吨以内，意味着外壳框架的质量占比不能超过总质量的百分之十五。
换算下来，主结构的总质量必须得压在一千两百吨以下才行。
而承载的载荷包括聚变堆芯、磁喷管、储能环、热辐射板、乘员舱、生保系统、燃料储罐等等，总重将近七千吨。
也就是说，这个框架得用一千两百吨的材料，稳稳当当地扛住七千多吨的载荷，还要在深空环境里保持结构完整性，承受从零下两百多度到上千度的温差循环，抵抗微陨石撞击，屏蔽宇宙辐射，同时还得让聚变推进系统产生的高能粒子流和强磁场不受干扰地穿过去。
这几个要求放在一起，基本上是在说：给我造一个比铝还轻、比钛还强、比陶瓷还耐热、比铜还导电、还不会被磁化的东西。
目前全球根本没有任何一种材料能同时满足这些条件。
韩熹团队选了高熵合金加碳纤维增强陶瓷复合材料的路线。
高熵合金是由五种以上的金属元素按等原子比混合而成的，晶格畸变效应让它同时具备了高强度、高韧性和优异的高温性能。
而碳纤维增强陶瓷复合材料则在低密度和抗热冲击方面有着天然优势。
两种材料通过界面工程结合在一起，理论上能形成一种既轻又强、既能导热又不导磁的复合结构。
理论上确实很美，但是工程上却很残酷。
高熵合金的制备需要极高的冷却速率来抑制晶粒长大。
冷却慢了，晶粒粗化，强度直接腰斩；冷却快了，热应力裂纹控制不住，整块料报废。
韩熹团队试了七种冷却工艺，目前最好的一炉，成品率也只有三成而已。
而碳纤维陶瓷界面的结合强度就更麻烦。
碳纤维和陶瓷基体的热膨胀系数根本不匹配，只要温度稍有变化界面就会裂开。
韩熹用了三层梯度过渡层，从纤维表面到陶瓷基体，热膨胀系数逐步过渡，算是把界面结合强度提上来了一些，但是疲劳寿命还远远不够。
而最难解决的，还得是框架连接节点的结构应力集中问题。
远航号框架不是一体成型的，必须分段制造再在轨组装。
连接节点要承受整舰在加速、机动和姿态调整时的全部交变载荷，应力集中系数控制在一点五以下才能保证三十年的疲劳寿命。
这个问题如果解决不了，远航号在外太空的反复升降温环境中，舱段连接就会成为整艘飞船最脆弱的环节。
韩熹他们已经用拓扑优化做了十几版设计了，节点应力集中系数最低也才压到了一点八就再也下不去了。
肖宿翻到工作日志最后一页，看到了韩熹写的内容：“节点问题不解决，框架总装无法启动。”
他把日志关掉，靠在椅背上，闭上了眼睛。
应力集中，本质上是荷载流在几何突变处的偏转问题。
拓扑优化能改变几何形状，但是改变不了荷载流的偏转路径。
一旦偏转不可避免，应力集中就是物理必然。
除非从更底层的地方改。
换材料？
目前已知的所有材料中，根本没有契合的。
改结构？
把刚性连接改成柔性过渡，能降低热应力，但是会牺牲整体刚度，影响姿态控制精度。
加隔热层？
这个方法虽然能减少温差幅度，但是会增加重量，而且隔热层本身在反复温变下也会老化。
那到底该怎么做呢？
肖宿的脑子里开始疯狂运转起来。
荷载流的偏转路径，其实可以看成一个向量场在节点区域的分布问题。
如果把这个向量场映射到一个高维流形上，让节点区域的几何形状和荷载流方向在流形上构成一个协调的叶状结构，那应力集中系数就变成流形上的曲率积分，通过调整叶状结构的拓扑就可以控制曲率，从而控制应力集中。
这个思路在肖宿之前处理NS方程涡量边界层的时候就用过。
当时他把涡量分布和乐框架做约束，把涡量锁定在稳定轨道上。
而现在，只不过是应力张量变成了涡量，结构边界变成了流体边界而已，从本质上看，它们还是同一个数学结构。
可是应力张量不是涡量。
涡量是反对称的，应力张量是对称的。
涡量的积分曲线在流体里自然闭合，荷载流的积分曲线在固体里没有闭合这一说。和乐群能锁住涡量，是因为涡量场有天然的辛结构，而应力场……
肖宿不知不觉眉头紧锁。
如果和乐群这条路走不通呢？
或许，应该换了个方向想。
不去管和乐群，而是直接看几何。
应力集中系数是应力峰值与名义应力的比值。峰值出现在节点核心，因为六股荷载流在那个位置挤成一团。
如果能让荷载流在进入核心区之前就提前分流，每股流各走各的通道，到边界处再光滑汇合，核心区的应力峰值自然就能降下来了。
这个思路其实就是拓扑优化在做的事，只不过拓扑优化是在二维或三维空间里挖孔，空间维度不够，挖来挖去还是互相干扰。
那如果把空间维度提上去呢？
不是在三维里挖孔，而是在高维流形上重新安排六股流的位置关系。让它们在流形上分属不同的叶层，叶层之间只在边界处光滑过渡，核心区就没有交汇，没有奇点，应力集中系数自然就……
想到这儿，肖宿倏的睁开了眼。
叶层。
又是叶层。
刚才被他压下去的那个念头，绕了一圈又回来了。
……
第二天上午，肖宿去了韩熹那边的框架组装现场。
框架组装区在基地最西侧，和试车区隔了将近一公里，但是站在门口还是能感觉到脚下有微弱的振动。
那是远处试车台传来的余震，隔着戈壁的沙土地传过来，早就衰减成了一种极低沉的嗡鸣，像是大地在呼吸一样。
框架组装现场最大的特点就是大，比肖宿去过的其他实验区都大。
整个厂房长三百二十米，宽一百五十米，层高四十米，是国内目前最大的单体工业厂房。
厂房里没有隔间、没有走廊，就是一整片开阔到几乎看不到边际的空间。
地面上铺着轨道和滑移平台，十二道环形加强框沿着轨道依次排列，每一道都有二十米直径，像一圈圈被竖起来的钢环，立在灰白色的地坪上。
环形框之间还没有完全连接，纵向龙骨梁一部分已经就位，一部分还在吊装。
几台巨型龙门吊在头顶缓慢移动，吊索上挂着十几米长的钛合金梁，每一根都有成年人大腿那么粗，表面涂着防氧化涂层，在厂房顶灯下泛着暗灰色的金属光泽。
厂房北侧墙面嵌着一块巨大的显示屏，宽将近二十米，上面展示着远航号的完整设计图。
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