直擊“心臟”，馴服能源動力系統(tǒng)的“幽靈”

在科學的廣袤宇宙中，有些現(xiàn)象如同隱匿在星光背后的奧秘，鮮為人知卻至關重要。對它們的研究不僅可以拓展人類認知的邊界，也可能奠定建造大國重器的基石，甚至催化顛覆性的技術革新。

在這些神秘力量中，熱聲振蕩以其難以捉摸的特性，被稱為發(fā)動機中的“幽靈”。它存在于現(xiàn)代高性能航空發(fā)動機、電力和艦船動力用燃氣輪機、火箭發(fā)動機的“心臟”——燃燒室內，是由燃燒過程中產生的聲音所引起的。這些聲波擾動，起初如同在平靜水面上投下石子所激起的層層漣漪，而后在燃燒室內反射、傳播，與火焰進一步相互作用，通過正反饋不斷增強，進而形成一場可能失控的能量之舞——這被稱為熱聲振蕩。如果任由其發(fā)展，這種振蕩可能影響燃燒室的性能，甚至在極端情況下引發(fā)災難性故障。

歷史上，在“阿波羅”登月計劃中，其“土星五號”火箭F-1發(fā)動機的研制過程就遇到了熱聲振蕩。為了馴服這一“幽靈”，研發(fā)者不惜投入數(shù)百億美元，進行數(shù)千次整機實驗，以確保技術的穩(wěn)定與安全。近40年來，世界頂尖航空發(fā)動機制造商的整個燃燒室部門花費約80%的精力來解決這一問題。

楊東，正是在這一領域深耕的探索者。他的研究聚焦于預測及控制燃燒熱聲振蕩，以及與之密切相關的渦-聲-熵波系統(tǒng)性耦合理論。從清華大學的學業(yè)優(yōu)秀獎學金獲得者，到倫敦帝國理工學院的優(yōu)秀博士畢業(yè)生，再到南方科技大學的副教授——他的學術探索是一次又一次發(fā)現(xiàn)未知和迎接挑戰(zhàn)的旅程。

根與翼：多元文化的積累

在每個人的生命旅程中，家庭是溫暖的港灣，也是最堅實的后盾。對楊東而言，家庭不僅給予了他無條件的愛和支持，更在他心中播下了追求真善美的種子?！罢薄皂g、持續(xù)學習”，這3個簡單的詞匯，構成了他所在家庭價值觀的核心，也成為他后來學術生涯的基石。

憑借優(yōu)秀的品質和優(yōu)異的成績，楊東于2007年考取清華大學。水木清華，鐘靈毓秀。在這所全國頂級的巍巍學府，他度過了從本科到碩士的6年時光。這段時間，他不僅接受了數(shù)理基礎和專業(yè)基礎課程的嚴格訓練，培養(yǎng)了扎實的學術基礎，更在清華“自強不息，厚德載物”的校訓影響下，逐步養(yǎng)成了獨立自主的學術精神。對他來說，這兩句話是清華精神的核心，也是他學術探索和人生旅途中的燈塔。隨著時間的流逝、經歷的累積，自強不息的校訓逐漸變得立體而生動。在研究的迷茫時刻，在學術探索的艱難險阻中，這句話成為他不斷前行的動力。

攻讀本科學位期間，楊東以專業(yè)排名前約10%的優(yōu)異成績榮獲優(yōu)秀學生獎，并在2008年榮獲北京市大學生物理競賽一等獎；攻讀碩士學位時，他的碩士論文《頸部材料優(yōu)化亥姆霍茲共振器的理論與實驗研究》在業(yè)內頂級期刊上發(fā)表，在理論研究及應用實踐方面展現(xiàn)出了極強的創(chuàng)新能力。這一時期的學術探索，為他日后在熱聲振蕩控制領域的研究打下了堅實的基礎。

2013年，楊東跨越重洋，前往英國倫敦帝國理工學院（以下簡稱“帝國理工”）繼續(xù)深造，由此展開了一場長達7年的跨越文化探索之旅。帝國理工是計算流體力學的重要發(fā)源地，是世界頂尖的理工院校。置身于一個全新的文化背景和學術環(huán)境中，不僅讓他學會了如何在多元文化的環(huán)境中汲取知識、拓寬視野，更讓他在專業(yè)領域達到了新的高度。從航空系到機械系，從博士到博士后，他深入研究流體力學、聲學和發(fā)動機內的復雜化學反應……體驗了一段從扎實的基礎知識到深入的專業(yè)探究的成長過程。

沉浸在學術探索的深海中，楊東感受著知識的深度與專業(yè)的力量。帝國理工的很多課程，讓他深刻體會到了專業(yè)領域的深度和廣度。那里的很多教授，作為各自領域學術前沿的領航者，都善于將簡化的理論與復雜的實際應用結合，轉化為鮮活的洞見，讓晦澀難懂的知識變得生動而清晰。這種教學方式，不僅讓楊東深感學術探索的深邃，更深化了他對知識潛在力量的認識，激發(fā)了他探索未知的興趣。

帝國理工極具鼓勵創(chuàng)新和挑戰(zhàn)權威的學術氛圍。在這種氛圍的影響下，楊東逐漸意識到：要在學術界做出真正重要和前沿的工作，需要有一種敢于挑戰(zhàn)權威、勇于獨立思考的精神。這讓他在面對學術乃至生活中的各種問題時，能夠保持自己的獨立判斷，形成自己的見解。對他來說，這是一筆非常寶貴的財富，讓他在學術的道路上，更加堅定和自信。

有了這些成長積累，楊東在帝國理工也是收獲滿滿，他的博士研究論文不僅無修改通過，更是入選了2017年歐洲氣動聲學研究亮點，還獲得了英國物理學家奧斯鮑恩·雷諾（Osborne Reynolds）設立的2017口頭報告獎（英國流體力學領域博士前六名），學術成果得到了國際的認可。

如果說，清華于楊東如同古樹的根，深深地生長于他的心中，為他的成長提供源泉；帝國理工對楊東的影響就如同古樹的繁茂枝葉，向著藍天伸展，賦予了他探索廣闊天地的視野和勇氣。這兩段寶貴的經歷，共同塑造了楊東作為一名科研學者的全面素養(yǎng)，讓他在之后的探索征程中，以更加堅定和謙遜的姿態(tài)，不斷前行。

自由與探索：

以應用驅動的熱聲振蕩基礎研究

2018年年底，正當楊東在帝國理工學院的深造之路上穩(wěn)步前行時，他的人生軌跡在一次偶然的機緣中，與南方科技大學（以下簡稱“南科大”）交匯。彼時，南科大的招聘宣講團來到了英國。在那次宣講會上，盡管他只是靜靜地坐在教室的最后一排，但南科大所展現(xiàn)出的朝氣蓬勃和與深圳城市文化緊密結合的精神面貌，深深吸引了他。

宣講結束后，楊東本著對學術探索的熱忱，向在場的南科大系主任介紹了自己的研究方向和背景。這次簡短的交流在不經意間為他打開了一扇通往南科大的大門。

2019年年初，楊東受邀參加南科大的招聘面試。這一過程不僅是對他學術能力的全面考核，更是一次對他教育理念和未來愿景的深入探討。經過一系列國際化的面試流程，包括教學試講和與專業(yè)領域老師的一對一交流，楊東以獨特的學術魅力和對研究的深刻見解，贏得了南科大師生的賞識，順利獲得了工作邀請。

“南山攬紫氣，麗水育脊梁。敢闖敢試，求真務實，共造華夏科學殿堂……”伴隨著悠揚的歌聲，2020年，楊東正式入職南科大力學與航空航天工程系。工作后，他得到了學校全方位的支持。這里不僅有著全新的校園設計規(guī)劃、和諧的生態(tài)環(huán)境，更有著前沿的學術思想和良好的軟硬件設施，與他心中理想的學術殿堂不謀而合。深圳市政府對南科大的高度重視，以及學校為年輕教師提供的優(yōu)厚待遇和獨立課題組的運作模式，都讓他感受到了前所未有的工作動力和自由。

在南科大這片自由的沃土之上，楊東的學術研究之樹在短短幾年時間呈現(xiàn)出枝繁葉茂的蓬勃之勢。他先后獲得國家自然科學基金青年科學基金項目、優(yōu)秀青年科學基金項目（海外）和國際（地區(qū)）合作與交流項目，以及深圳市高等院校穩(wěn)定支持計劃項目，清華大學和北京航空航天大學委托的（橫向）技術服務等，研究內容涉及跨速域加力燃燒室高階熱聲耦合振蕩模態(tài)控制方法研究、長消聲孔聲音與流動耦合作用機理的理論與數(shù)值研究、聲學抑制器吸聲系數(shù)的測量與分析、使用亥姆霍茲共振器抑制熱聲振蕩的設計方法等。

在國家自然科學基金青年科學基金項目中，楊東帶領團隊瞄準國家重大需求和經濟主戰(zhàn)場面臨的主要問題，聚焦環(huán)形燃燒室非線性燃燒熱聲不穩(wěn)定模態(tài)的被動控制及其優(yōu)化展開深入研究，取得了一系列創(chuàng)新成果。

現(xiàn)代高性能的民用航空發(fā)動機和一些大型發(fā)電及艦船動力設備普遍采用了環(huán)形燃燒室技術。這種燃燒室的設計，通過在圓周上布置多個燃燒器，雖然提高了效率，但也帶來了更為復雜的技術挑戰(zhàn)：與單一燃燒器相比，環(huán)形燃燒室中的聲波和釋熱耦合更為復雜，涉及多個尺度和物理現(xiàn)象的相互作用，使得全尺寸的高溫高壓實驗成本顯著增加。而在環(huán)形燃燒室中，沿圓周傳播的熱聲不穩(wěn)定性問題尤為突出，聲波在圓周上的傳播模態(tài)與軸向傳播模態(tài)之間的相互作用，增加了問題的復雜性。

在實際應用中，以亥姆霍茲共振器和穿孔聲襯為代表的消聲器是重要的熱聲不穩(wěn)定控制手段。這些消聲器對環(huán)形燃燒室中各種特性迥異的非線性熱聲不穩(wěn)定模態(tài)的影響機理，及對其控制效果的系統(tǒng)性優(yōu)化，就成為當下具有重要應用需求，同時又亟待突破瓶頸的核心科學問題。

為攻克這一難題，楊東及其團隊做了很多創(chuàng)新努力：首次定量而系統(tǒng)性地研究亥姆霍茲共振器對環(huán)形燃燒室內各種熱聲耦合模態(tài)的抑制機理；創(chuàng)新性地將環(huán)形燃燒室的非線性熱聲耦合模態(tài)振蕩幅值作為優(yōu)化目標，通過亥姆霍茲共振器物理模型，對共振器的幾何尺寸、平均流動和安裝位置進行全面系統(tǒng)性優(yōu)化；項目所做的機理研究和發(fā)展的優(yōu)化工具將被直接應用于一款已經投入運行的重型燃氣輪機，與實際運行工況數(shù)據(jù)做對比，以優(yōu)化機組的亥姆霍茲共振器設計方案。

在國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金項目（海外）“熱聲振蕩與聲-渦-熵波耦合作用機理”研究中，楊東也有很多創(chuàng)新之舉。

“航空發(fā)動機、燃氣輪機、火箭發(fā)動機，以及多熱力循環(huán)空天發(fā)動機是交通運輸、能源動力、國防和空天科技等領域的核心裝備。這些裝備中的燃燒室工作在高溫、高壓、高復雜性的力－熱－聲耦合條件下，是將化學能轉換成為動能的樞紐。但熱聲振蕩的存在，是這些裝備設計研發(fā)中的核心技術難題。通過理論與數(shù)值結合，發(fā)展能夠定量預測和控制熱聲振蕩及聲－渦－熵波耦合的模型具有重要意義。”圍繞發(fā)動機中的熱聲振蕩這一核心問題，楊東從發(fā)展理論和低階熱聲預測模型出發(fā)，致力于聲－渦、聲－熵耦合理論及預測和控制熱聲振蕩，取得了若干創(chuàng)新研究成果，包括：提出了短圓孔聲-渦耦合半解析模型，定量地預測到了孔的聲產生和聲吸收；建立了低階熱聲模型，預測到了環(huán)形燃燒室內多種類型的非線性熱聲振蕩模態(tài)；在三維非等熵條件下，嚴格推導了熵波作為聲源的數(shù)學表達式，揭示了其產生聲音的完整機理等。相關成果已在《流體力學年鑒》《聲音與振動雜志》《流體力學雜志》《燃燒學會會刊》等業(yè)內知名期刊上發(fā)表多篇論文。有了相關積累，在開展“熱聲振蕩與聲-渦-熵波耦合作用機理”研究時，無論是針對更復雜的聲-渦-熵波三者在火焰、換熱器、透平和噴管中的耦合展開理論、數(shù)值和實驗研究，還是重點探討直接和間接噪聲影響熱聲振蕩的機理，建立相關理論和方法，楊東都顯得更游刃有余。

在楊東的學術世界里，理論絕不是孤立的抽象概念，而是解決現(xiàn)實世界問題的關鍵。這一理念的形成與他早年在清華和帝國理工的積累和實踐有很大的關系，越是往上攀登象牙塔，他越是注重致力于將深奧的理論與應用實踐緊密結合。通過與航空發(fā)動機制造商等前沿企業(yè)的緊密合作，確保了他的研究具有針對性和實用性。例如他作為主要成員之一負責開發(fā)的低階熱聲網絡模型OSCILOS被英、法、德、美、意等多國團隊使用，他也曾受邀為英國羅爾斯-羅伊斯、德國西門子、英國反應發(fā)動機公司等企業(yè)作報告及展開合作。到南科大后，他還是保持了這樣的研究風格，除在高校任教外，他還是上海電氣集團上海汽輪機廠有限公司、東方電氣集團清潔高效透平動力裝備全國重點實驗室的燃氣輪機技術顧問。他的工作不僅限于學術討論和理論推導，更延伸至解決實際工程問題，優(yōu)化產品設計，提升系統(tǒng)性能等，確保企業(yè)技術的持續(xù)創(chuàng)新和行業(yè)領先。將自己置身于應用一線，他致力于將理論研究的精髓與工業(yè)應用的實際需求相結合，為企業(yè)提供戰(zhàn)略性指導和技術支持。

“純粹的基礎研究對于科學的發(fā)展至關重要，但應用驅動的基礎研究更具實際價值和可持續(xù)的發(fā)展?jié)摿?。”“知識是寶貴的，但實踐是知識的導師?！闭菓驯н@些信念，讓楊東篤定了要走應用驅動的科研道路，并堅持用這一理念影響自己的學生，讓他們從中獲益，實現(xiàn)傳承。

教育與未來：

打造一雙直面風雨挑戰(zhàn)的翅膀

百年大計，教育為本，立德樹人，培根鑄魂。教育非常重要也十分有趣，因為你真的能看見人的改變，而看見人的成長是一件很有成就感的事情。

——楊東

師者，所以傳道、授業(yè)、解惑也。對教書育人這件事兒，楊東看得很重。早年曾經沐浴在國內外頂尖學府名家大師的教誨下得以茁壯成長的他，深知教育的力量。

“難忘在博士深造期間，我也經歷過每一個科研工作者都可能面臨的掙扎：面對繁復的理論計算與實驗的不符，我曾長時間深陷困惑與迷茫。是我的博士生導師，以她敏銳的洞察力和對我能力的信任，給予了我堅持下去的勇氣和力量。她讓我確信，即使在巨大挑戰(zhàn)和激烈爭論中，也要保持對真理與美好事物、品德的追求和維護。這是學術界應有的風范，也是我們每個人應該努力的方向?！闭驗楂@益匪淺，所以當自己也肩負教書育人的重任時，楊東愿意竭盡全力來思索和踐行這件事，以帶給后輩同樣的影響。

在南科大工作近4年，楊東在教學帶團隊方面也有了自己獨特的感悟。“南科大倡導開放和包容的環(huán)境，在這里，學術自由與創(chuàng)新思維交織，形成了一種獨特的校園文化。你會發(fā)現(xiàn)不同的老師、不同的研究方向和課題組，孕育著多樣化的學術思想和處理問題的方法。而我的課題組以對數(shù)理基礎的高要求，展現(xiàn)出了獨特的挑戰(zhàn)性和探索性?！闭驗橐庾R到這一點，楊東會花大量的時間參與到學生的課題規(guī)劃設計中，“希望既能給他們開啟通向學科前沿的大門的鑰匙，又能讓他們自己感覺到這是可以觸摸到的高度，這件事情至關重要?！睘樽寣W生成功樹立起自信的桅桿，他愿意花更多的時間與學生共克難關，包括：采用一對一的方式，每周與每位成員深入交流，討論具體的進度和解決方案；與學生一起推導公式，一步一步地展示推導細節(jié)，引導他們在實踐中學會如何獨立思考；竭盡所能，將復雜的問題轉變?yōu)闇\顯易懂的表述等。這些方式體現(xiàn)了他對科研個性化需求的尊重和對細節(jié)的關注?！爸挥挟攲W生們在探索中找到了感覺，在挑戰(zhàn)中積累了經驗，他們才能夠真正地掌握知識，擁有解決問題的能力與自信；一旦揚起自信的風帆，他們就具備了破浪前行的勇氣和決心；只要瞄準方向，堅定地致力于原始創(chuàng)新，就可以到達別人沒有到過的天地?！睏顤|希望，給后輩打造一雙坦然面對未來風雨挑戰(zhàn)的翅膀，讓他們在浪潮席卷時依然能從容逐浪前行。

走進楊東及其團隊展現(xiàn)的未來世界，你會發(fā)現(xiàn)這是一個充滿希望和挑戰(zhàn)的世界：當火箭如歸巢的鳥兒，自由往返于天地；當空天一體飛機在晨曦中展翅，穿梭于大氣與星際；當氫能、太陽能、風能等新能源所產生的能量如血液般，在新能源系統(tǒng)的脈動中維持著零碳世界的心跳……隨之而來的，就是對于大功率、高穩(wěn)定性動力系統(tǒng)的嚴苛要求，而熱聲振蕩問題，如鯁在喉，或許會成為阻攔人類邁向未來新征途的重要挑戰(zhàn)。而他和他的研究同伴要做的，就是將這一問題所帶來的限制降到最低。

在楊東的成長與生活中，體育與閱讀不僅是放松身心的方式，更是他精神世界的滋養(yǎng)。體育鍛煉，特別是長跑，教會了他耐心與堅持，這些磨煉的品質能幫助他在科研中直面困難的挑戰(zhàn)。工作再忙，他也不忘抽出時間沉浸在書籍的海洋中，從哲學到歷史，從心理學到文學，每一本書都為他提供精神的營養(yǎng)。他相信，文學、藝術與科學相通，都是激發(fā)創(chuàng)造力的火花。正是對身心的雙重滋養(yǎng)，賦予了楊東在科研道路上不斷探索和突破的機會，為馴服發(fā)動機和燃氣輪機中的“幽靈”提供源源不斷的力量。