近日，西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院和極端力學(xué)研究院葉坤副研究員團(tuán)隊(duì)在復(fù)雜激波下壁板遲滯和多解的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)行為研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“On the aeroelastic bifurcation of a flexible panelsubjected to cavity pressure and inviscid obliqueshock”為題發(fā)表在流體力學(xué)頂級(jí)期刊《Journal ofFluid Mechanics》上（https://doi.org/10.1017/jfm.2024.273）。航空學(xué)院和極端力學(xué)研究院葉坤副研究員為論文通訊作者，航空學(xué)院博士研究生張藝凡為第一作者，西北工業(yè)大學(xué)及飛行器基礎(chǔ)布局全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該論文的唯一署名單位。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委“葉企孫”重點(diǎn)基金項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、“飛行器復(fù)雜流動(dòng)與控制創(chuàng)新引智基地”和研究生創(chuàng)新能力培育基金的資助。
高超聲速飛行器超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)復(fù)雜激波流場(chǎng)中力/熱存在強(qiáng)非線(xiàn)性、強(qiáng)非定常特征，同時(shí)，實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求越來(lái)越高，這導(dǎo)致熱-力-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)下復(fù)雜流固耦合問(wèn)題越來(lái)越突出，嚴(yán)重威脅高超聲速飛行器的性能和安全。美國(guó)在NASP、HyTech、Hyper-X、X-43A、X-51A等高超聲速研制計(jì)劃中均加大了對(duì)流固耦合問(wèn)題的投入。復(fù)雜流固耦合問(wèn)題對(duì)力學(xué)的發(fā)展提出了新的需求和挑戰(zhàn)。
復(fù)雜激波下壁板流固耦合問(wèn)題是一個(gè)重要的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。近十年來(lái)，諸多學(xué)者通過(guò)理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)手段證實(shí)了該問(wèn)題表現(xiàn)出復(fù)雜非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)行為特征。然而，學(xué)術(shù)界就這一復(fù)雜流動(dòng)與非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)行為相互作用問(wèn)題背后的物理規(guī)律和機(jī)理卻并未達(dá)成一致觀(guān)點(diǎn)?？涨粔毫ψ鳛橛绊懠げㄗ饔孟碌谋诎辶鞴恬詈系闹匾蛩卦谝酝难芯恐虚L(zhǎng)期被忽視和簡(jiǎn)化，其是否是解釋壁板復(fù)雜非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)行為的關(guān)鍵因素？
葉坤等人針對(duì)激波和空腔壓力共同作用下的壁板流固耦合問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)和揭示了空腔壓力誘發(fā)的復(fù)雜遲滯行為和多解的現(xiàn)象和機(jī)理，同時(shí)從穩(wěn)定性分析和能量傳輸?shù)慕嵌葘?duì)其物理機(jī)理進(jìn)行了解釋。這為不同學(xué)者研究結(jié)果之間的分散性提供了新的視角。研究發(fā)現(xiàn)空腔壓力的變化使流動(dòng)和結(jié)構(gòu)之間能量傳輸?shù)姆较虬l(fā)生了兩次逆轉(zhuǎn)，進(jìn)而誘發(fā)了動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)隨動(dòng)壓的上行和下行而產(chǎn)生的遲滯行為和多解特性。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)在空腔壓力-無(wú)量綱動(dòng)壓參數(shù)平面出現(xiàn)了尖點(diǎn)災(zāi)變現(xiàn)象，并揭示導(dǎo)致災(zāi)變現(xiàn)象的根源是三類(lèi)分岔行為：超臨界Hopf分岔、亞臨界Hopf分岔和環(huán)的鞍結(jié)分岔，且發(fā)現(xiàn)分岔臨界點(diǎn)處表現(xiàn)出異于常規(guī)響應(yīng)特征的長(zhǎng)周期漸進(jìn)式顫振或爆發(fā)式顫振的有趣現(xiàn)象。研究工作將為高超聲速飛行器氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)的精細(xì)化設(shè)計(jì)提供支撐。
葉坤副研究員團(tuán)隊(duì)依托葉正寅教授復(fù)雜流固耦合和空氣動(dòng)力學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，長(zhǎng)期致力于復(fù)雜流動(dòng)非線(xiàn)性流固耦合方法和機(jī)理、高超聲速流固熱多物理場(chǎng)耦合等方向開(kāi)展研究。近五年來(lái)，團(tuán)隊(duì)已在《Journal of Fluid Mechanics》《AIAA Journal》《Physics of Fluids》等航空航天和流體力學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊上發(fā)表論文40余篇。自主開(kāi)發(fā)的高效高精度流固耦合程序集成到國(guó)家數(shù)值風(fēng)NNW-FSI模塊中。
（審核：李斌）
