11月15日上午,2019年北航研究生優秀科技創新團隊獎學金評選答辯會在東辦公樓110會議室舉行。經學校答辯評審,我院王晉軍教授課題組的「分離流動及控制JFM團隊」榮獲該項獎學金(全校共5支團隊獲獎)。
「分離流動及控制JFM團隊」來自流體力學教育部重點實驗室,由曲嫄、朱航宇、王將升和賀曦四位博士研究生組成,團隊指導教師為王晉軍教授(國家技術發明二等獎獲得者,「長江學者」特聘教授,國家傑出青年科學基金獲得者)。團隊立足國際學術前沿,服務國家發展戰略,在國家自然科學基金重大研究計劃、創新研究群體項目、國際合作與交流項目及青年科學基金項目等資助下,探索鈍體和飛行器的分離流動及控制方法,取得了創新性研究成果,為實際工程應用提供技術指導。團隊成員不求數量,但求質量,累計發表論文23篇,其中SCI論文11篇,含流體力學頂級期刊Journal of Fluid Mechanics(JFM)論文4篇和實驗流體力學頂級期刊Experiments in Fluids (EIF) 論文3篇等。JFM是國際流體力學界公認的最好的期刊,也是國內流體力學領域各類人才評選的必備期刊文章。團隊獲授權國家發明專利2項,軟體著作權1項。團隊成員獲得博士研究生卓越學術基金、博士研究生新生獎學金、研究生發表優秀學術論文獎等各類獎學金共計25萬餘元,獲評北京航空航天大學優秀團員、航空科學與工程學院優秀研究生等多項榮譽稱號。
潛艇和大飛機作為「國之重器」,是國家綜合實力強大的具體體現。潛艇號稱「水下殺手」,是鞏固海防、維護國家領海安全的戰略性武器。大飛機則是「大國之翼」,是國家航空工業水平和自主創新能力提升的重要標誌。潛艇的先進性很大程度上取決於其噪聲水平,指揮塔圍殼周圍複雜的分離和旋渦是水動力學噪聲的重要來源。控制這些分離和旋渦,對於降噪進而提升潛艇隱蔽性至關重要。減阻是商用大飛機設計過程中的重要方面。壓差阻力與機翼周圍的分離、旋渦等繞流結構有關。控制分離和旋渦有助於減阻,降低飛機的燃油消耗,也能提升飛機起降過程中的穩定性和安全性。
「分離流動及控制JFM團隊」基於潛艇指揮塔圍殼和大飛機機翼這兩個具體外形結構,將複雜構型簡單化,從鈍體和翼型出發,運用先進測量手段和多種分析方法,在繞流結構方面有了新發現;應用新型流動控制方法控制繞流流場,抑制流動分離、改變旋渦脫落,為潛艇和大飛機的降噪、減阻提供理論基礎和技術支持。
在鈍體繞流方面,團隊應用導師獲得國家技術發明二等獎的層析PIV技術觀察到繞有限高圓柱尾跡中的三維瞬時渦結構,明確了三維大尺度渦結構的脫落是該構型阻力和寬頻噪音的重要來源。相關結果於2017年發表在JFM上。史丹福大學的John O.Dabiri教授(JFM rapids副主編)在發表於Energies的文章中肯定了該論文中新渦結構的發現及其生成機理;日本學者Akira Rinoshika在發表於Ocean Engineering的文章中特別提到該論文首次用三維測量技術成功觀測到瞬時的拱形渦結構。鑑於噪聲的產生與繞流過程中伴隨的流動分離和旋渦脫落密不可分,團隊利用合成射流主動控制技術控制方柱繞流流動,發現一定激勵條件下,合成射流能夠改變尾跡渦脫落,顯著抑制流動分離,有助於降低流致噪聲,且合成射流還具有顯著的減阻效果,在潛艇的降噪、減阻方面具備應用前景。相關研究成果先後於2017年、2019年發表在JFM上。
在翼型繞流方面,傳統研究將機翼的氣動噪聲歸因於橫向渦,團隊結合多種先進的測量技術發現一定雷諾數範圍內多段翼繞流中同時存在橫向渦與流向渦結構,為大飛機降噪提供了新的控制思路。該發現及相關物理機理解釋先後於2018年和2019年發表在JFM與EIF上。在掌握了特定翼型的流動分離、渦動力學特性後,團隊在國內率先開展了柔性機翼氣動力、翼面變形和流場同步測量的實驗研究,發現柔性翼面在機翼增升、抑制分離和延緩失速方面效果優異,擬基於已有研究成果尋求優化機翼氣動性能的主動控制方法。
團隊成員注重學術交流,積極參加國內外學術會議,學習跟進國際先進的研究技術和分析方法,啟迪創造性思維,拓寬科研思路。近年來,四人共計參加國際會議8次,國內會議3次,與中船重工、中國商飛、慕尼黑工業大學和達姆施塔特工業大學等開展項目合作研究。
實驗流體力學研究既要付出腦力,也要付出體力。在持續數周乃至一兩個月的實驗周期內,團隊成員們在實驗室廢寢忘食,通宵達旦。仰之彌高,鑽之彌堅,正是這樣的磨礪使得團隊成員之間互相鼓勵,互相幫助,培養起深厚的袍澤之情。成員們認真探索,集思廣益,才有如此傲人之成果。個人力量有限,團隊力量無窮,播種個人的螢火,才能點亮團隊的星空。「分離流動及控制 JFM 團隊」將始終以科研探索為初心,以奉獻祖國航空航天航海事業為使命,不忘初心,牢記使命,仰望星空,腳踏實地,不斷充實思想,落實行動,以夢為馬,不負韶華。