王春：科研高峰攀登者

本刊記者 任 杰

王春，中國科學(xué)院力學(xué)研究所高溫氣體動力學(xué)國家重點實驗室副研究員。兼任國際激波學(xué)會會員、美國AIAA會員、中國力學(xué)學(xué)會會員、中國空氣動力學(xué)學(xué)會會員、北京力學(xué)學(xué)會會員。研究領(lǐng)域為非定?？諝鈩恿W(xué)理論和實驗方法、超聲速燃燒和爆轟、化學(xué)反應(yīng)流動模擬。曾獲第三屆力學(xué)研究所“優(yōu)秀青年”稱號、2011年度中國力學(xué)學(xué)會青年科技獎。

專家簡介：

20年前，帶著青春的希望與夢想，他從大同縣第一中學(xué)畢業(yè)，進(jìn)入太原工業(yè)大學(xué)（現(xiàn)太原理工大學(xué)）熱能工程系學(xué)習(xí)。在校期間獲得兩次考試選拔“優(yōu)秀生”稱號和多次獎學(xué)金，曾獲太原工業(yè)大學(xué)首屆英語競賽中級一等獎；16年前，帶著對知識的渴望和對科學(xué)研究的向往，他考取航天科工集團(tuán)三院碩士研究生，師從航天三十一所司徒明研究員，從事宇航推進(jìn)系統(tǒng)與理論方向研究工作；11年前，懷揣著對學(xué)科前沿學(xué)術(shù)研究的訴求，他又到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)力學(xué)和機(jī)械工程系流體力學(xué)專業(yè)攻讀博士學(xué)位，師從韓肇元教授，研究方向為激波干擾和激波動力學(xué)；現(xiàn)如今，在以國家的重大需求為導(dǎo)向，以解決空天飛行器推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)為目標(biāo)的科研工作中，他一如既往的勇攀高峰。

他就是中國科學(xué)院力學(xué)研究所高溫氣體動力學(xué)國家重點實驗室副研究員王春。

獻(xiàn)身科研事業(yè) 勇攀科學(xué)高峰

科研是份不折不扣的“苦”差事?？茖W(xué)工作者往往長時間徘徊于反復(fù)失敗的實驗和繁雜浩瀚的文獻(xiàn)里，即使通宵達(dá)旦也未必獲得理想的結(jié)果，因此科學(xué)研究人員必須具備的基本的品質(zhì)就是信念和堅持。王春的研究領(lǐng)域?qū)儆趯W(xué)科的研究前沿，個中滋味自是不言而喻，所幸王春是一個耐得住寂寞、能夠堅持信念的科研學(xué)者。

王春的科研方向集中在氣相爆轟不穩(wěn)定性機(jī)理研究、高超聲速推進(jìn)超聲速混合和燃燒強(qiáng)化技術(shù)研究、高超聲速流動模擬的實驗技術(shù)研究。

其中，最具代表性的研究課題包括：爆轟波不穩(wěn)定性的激波動力學(xué)理論、擴(kuò)張型激波風(fēng)洞二次波機(jī)理和吸氣式推進(jìn)高效燃燒技術(shù)研究。

爆轟波不穩(wěn)定性指的是爆轟波前鋒中多維擬序結(jié)構(gòu)形成的流體力學(xué)不穩(wěn)定性機(jī)制，而一維爆轟波在數(shù)值仿真中表現(xiàn)為周期性的前導(dǎo)激波振蕩。其中，非定常激波與化學(xué)反應(yīng)的作用起到了主導(dǎo)的作用，同時受到湍流等流體力學(xué)現(xiàn)象的影響。與其它的流體不穩(wěn)定性相比，爆轟波不穩(wěn)定性具有一定的特殊性，特別是爆轟波行為的周期性特點。對于爆轟波不穩(wěn)定性問題研究歷經(jīng)半個多世紀(jì)，尚缺乏關(guān)鍵性的理論突破。常見的理論研究方法包括線性小擾動理論和John H.S. Lee等人的正則模式分析方法，這些分析偏重數(shù)學(xué)分析，而相關(guān)的物理分析支持不足。王春等人發(fā)展了化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)中的激波動力學(xué)，應(yīng)用于一維爆轟波模型，獲得了描述爆轟波前導(dǎo)沖擊波與化學(xué)反應(yīng)作用的二階常微分方程，并給出了非穩(wěn)態(tài)爆轟波傳播的關(guān)鍵物理機(jī)理。初步的研究結(jié)果表明爆轟波不穩(wěn)定性問題在本質(zhì)上可以?；癁橐活惣げê突瘜W(xué)反應(yīng)干擾形成的二階振蕩器。該方向研究進(jìn)展和Fan Zhang等人提出的爆轟波振蕩器類比概念，代表了爆轟波不穩(wěn)定性新的研究思路，可能在爆轟波不穩(wěn)定性研究方向上取得關(guān)鍵性的理論突破。

王春參加了財政部和中科院重大科研裝備JF-12復(fù)現(xiàn)高超聲速飛行條件激波風(fēng)洞的設(shè)計和研制工作，在爆轟驅(qū)動擴(kuò)張型激波風(fēng)洞二次波機(jī)理研究獲得重要進(jìn)展。在JF-12風(fēng)洞設(shè)計中，一項關(guān)鍵的氣動技術(shù)是“小驅(qū)大”擴(kuò)張型激波風(fēng)洞技術(shù)，用以滿足激波風(fēng)洞長試驗時間的要求。這種“小驅(qū)大”擴(kuò)張型激波風(fēng)洞會出現(xiàn)一種二次波現(xiàn)象，二次波在理論上可以為稀疏波、壓縮波和激波，其中二次激波會大大地縮短風(fēng)洞的有效試驗時間。過去的實驗研究證實了二次稀疏波和二次壓縮波的存在，二次激波則從未被觀察到，其物理機(jī)理尚不清楚。王春等人通過理論和數(shù)值仿真，發(fā)現(xiàn)風(fēng)洞中的二次激波與管壁附面層干擾使二次波退化為二次波串，即二次壓縮波，這種作用延緩和減弱了二次波對風(fēng)洞運(yùn)行時間的影響。該“小驅(qū)大”擴(kuò)張型激波風(fēng)洞二次波機(jī)理研究成果在JF-12復(fù)現(xiàn)高超聲速飛行條件激波風(fēng)洞中得到應(yīng)用和驗證。

此外，針對高超聲速速吸氣式推進(jìn)技術(shù)，王春等人提出了強(qiáng)化超聲速混合/燃燒的三維壁面凹腔火焰穩(wěn)定技術(shù)和脈沖爆轟助燃技術(shù)，有希望用于下一代吸氣式飛行器動力推進(jìn)裝置。

治學(xué)勤勉至誠 見證學(xué)科成長

流體力學(xué)經(jīng)歷了幾個世紀(jì)的發(fā)展，目前其研究工作的一個方向是以工程需求為背景的流體力學(xué)應(yīng)用研究；另一個方向是以深入物理規(guī)律為目的的基礎(chǔ)研究，只有把深入物理規(guī)律的基礎(chǔ)研究與工程需求的流體力學(xué)應(yīng)用研究相結(jié)合，才能取得重要的原創(chuàng)性成果，為國家的重大科技需求服務(wù)。流體力學(xué)基礎(chǔ)研究的方向已細(xì)化為理論、計算和實驗主導(dǎo)的多個學(xué)科分支，由于流體力學(xué)基礎(chǔ)研究難度大，不易出成果，從事流體力學(xué)基礎(chǔ)研究的人員在逐漸縮減和流失。

在此背景之下，為了培養(yǎng)更多流體力學(xué)的后起之秀，王春目前指導(dǎo)了碩士研究生兩名，協(xié)助指導(dǎo)博士研究生兩名。而他本人目前的研究工作集中于高溫、高速情況下化學(xué)反應(yīng)流動模擬和實驗研究，在多維激波干擾、超聲速混合和燃燒技術(shù)以及爆轟不穩(wěn)定性研究上有重要的研究進(jìn)展。

在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，關(guān)于激波和爆轟相關(guān)的物理規(guī)律研究中，由于王春的研究工作屬于學(xué)科的研究前沿，因此得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院創(chuàng)新基金的支持。在應(yīng)用研究方面，王春的研究工作主要針對國家航空航天需求開展高溫氣體動力學(xué)相關(guān)的氣動力/熱、燃燒化學(xué)反應(yīng)流、高速飛行器地面模擬技術(shù)開展工作，也得到了國家航空航天相關(guān)項目的支持。

一名合格的科研工作者，要有奉獻(xiàn)精神，為國家和集體作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。這種精神上的滿足是其他方面無法比擬的。而確定了奮斗目標(biāo)，僅僅是奮斗的開始。對于未來的工作，王春表示，從長遠(yuǎn)規(guī)劃目標(biāo)來看，基礎(chǔ)性研究工作希望在激波、爆轟和化學(xué)反應(yīng)流的理論、模擬和實驗研究中獲得原創(chuàng)性的成果，與國內(nèi)外同行交流，促進(jìn)和推動他們對于流體力學(xué)基本物理現(xiàn)象的認(rèn)識。應(yīng)用方面的研究希望結(jié)合我國國家重大航空航天需求，解決關(guān)鍵的流體力學(xué)問題，為相關(guān)的應(yīng)用提供直接的支持。

而面向?qū)W科未來，王春表示還需要建立有效的、長期的、持續(xù)穩(wěn)定的科研評價體系，兼顧流體力學(xué)兼具應(yīng)用性和基礎(chǔ)性的特點，唯科研經(jīng)費論和唯論文論都是不合適的。