7月14日，上海交大船建學院田新亮副教授研究小組在國際頂級物理學期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters, PRL）上發表了題為「Shape deformation and drag variation of a coupled rigid-flexible system in a flowing soap film」（流動皂膜中一種剛-柔耦合系統的形狀與阻力變化）的最新研究成果，首次提出一種全新減阻方法——「軟尾減阻」，並通過精巧的實驗進行證實。該工作獲得「編輯推薦」（Editors『 Suggestion）作為亮點論文（Highlights）在PRL期刊主頁進行特別介紹，並被選為本期PRL封面論文（Cover image for Vol. 125, Iss. 3）（圖1）。
圖1 《物理評論快報》第125卷，第3期封面
鳶飛戾天，魚躍於淵，動物們通過進化軀體結構、扭動身姿得以在大自然遨遊；草木「從風而靡」以減小風阻，避其鋒芒而後起。如何有效減小運動物體所受流體阻力是一個經典的物理問題，也是對流體工程裝備性能的重要考量。為了實現減阻、增速、節能之目的，人們把車輛設計成流線外形，為船舶加裝了球鼻艏，在高爾夫球表面添加了許多凹坑……那麼，是否有其他不改變物體自身結構，就能有效減小流體阻力的方法呢？多年前，田新亮博士在研究薄板流動問題時，看到隨風飄動的裙擺（圖2），萌生了給鈍體「穿上披風」來減阻的奇想，即「軟尾減阻」。如今，這個看似異想天開的想法正在逐漸成為現實。
圖2 隨風飄動的裙擺（Regine Relang攝於1942年）
2018年4月起，田新亮研究小組採用實驗方法逐步證實了「軟尾減阻」猜想，並建立理論模型深入探討其背後的物理機制。首先，他們搭建了豎直流動肥皂膜實驗系統「SJTU-FILM」，實現了對準二維流場的穩定模擬；然後，在嘗試了多種柔性材料後，成功構造了「剛性平板-柔性細絲」耦合系統並將其置入「SJTU-FILM」中，形象地模擬了「穿著披風」的鈍體在流場中運動的場景。為了確保獲得高質量的實驗數據，他們還自行研製了精度高達0.01毫克的測力裝置，發明了連續調節柔性細絲長度的方法，成功實現了在不中斷肥皂膜流動條件下的連續穩定測量（圖3）。
圖3 （a）「SJTU-FILM」示意圖和（b-d）不同長度細絲在皂膜中的形狀
研究表明，給一個平板「穿上」其2.3倍長度的「披風」，減阻效果最高可達10%（圖4）。研究小組還驚喜地發現，類似的減阻現象穩定存在於較寬的流速範圍內，且對細絲的剛度不太敏感。需要指出的是，該研究依然只是揭開了「軟尾減阻」這一新型流固耦合問題的冰山一角，期待在不久的將來，有更詳細深入的理論和數值研究來揭示其深層次的物理機制，直至實現工程應用。或許有一天，我們真的會看到身著寬鬆衣服奔跑的運動員，或者穿著「披風」深潛的「蛟龍號」!
圖4 不同剛度的細絲在不同長度下的減阻效果（流速為1.45米每秒）
該研究由田新亮副教授帶領三名碩士研究生獨立完成，上海交通大學為唯一署名單位。論文第一作者高頌已畢業，目前於美國西北大學攻讀博士學位；第二作者潘松和第三作者王懷成均為碩士二年級研究生；最後作者和通訊作者為田新亮。該研究受到上海市自然科學基金（19ZR1426300）和國家自然科學基金重點項目（11632011）資助。
論文連結：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.034502