陳堅(jiān)強(qiáng)，中國空氣動力研究與發(fā)展中心研究員，長期從事計(jì)算流體力學(xué)和高超聲速復(fù)雜流動機(jī)理研究，現(xiàn)為中國力學(xué)學(xué)會副理事長和中國空氣動力學(xué)學(xué)會副理事長，空天飛行空氣動力科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。2021、2023年兩次入選中國科學(xué)院院士增選有效候選人名單，2024年獲中國航天基金會獎·錢學(xué)森杰出貢獻(xiàn)獎 。擔(dān)任國家數(shù)值風(fēng)洞工程總設(shè)計(jì)師，主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，在CFD算法開發(fā)、流體工業(yè)軟件研制和應(yīng)用，以及高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩機(jī)理研究領(lǐng)域取得顯著成果。

自1883 年英國科學(xué)家Reynolds 發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)捩和湍流現(xiàn)象至今已經(jīng)歷了一個半世紀(jì)，人們對于流動穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)捩的認(rèn)知逐漸深入，但由于轉(zhuǎn)捩路徑的多樣性，轉(zhuǎn)捩與湍流仍然是經(jīng)典物理學(xué)中的世紀(jì)難題，具有重要的科學(xué)和工程研究價值。

高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩過程示意圖

影響邊界層轉(zhuǎn)捩的因素示意圖

轉(zhuǎn)捩的發(fā)生會造成邊界層摩阻、熱流上升3～5倍，是高超聲速飛行器氣動力/熱設(shè)計(jì)中關(guān)注的重點(diǎn)問題，而常規(guī)穩(wěn)定性理論和轉(zhuǎn)捩預(yù)測方法已不能完全適應(yīng)高超聲速流動，亟須發(fā)展完善。隨著高超聲速飛行器的設(shè)計(jì)更加精細(xì)化，飛行器外形愈加復(fù)雜，流動非平行性加強(qiáng)，穩(wěn)定性分析方法需要從當(dāng)?shù)鼗蛉只l(fā)展。此外，由于高超聲速流動雷諾數(shù)高、流動特征尺度小，轉(zhuǎn)捩過程的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)都非常困難，真實(shí)來流環(huán)境下轉(zhuǎn)捩飛行測量數(shù)據(jù)更是極為稀少寶貴。這些因素都給高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩問題的研究帶來了新的挑戰(zhàn)。

升力體標(biāo)模三維渲染效果圖

飛行工況下升力體中心線區(qū)域最不穩(wěn)定模態(tài)的增長率和頻率分布及壓力形狀函數(shù)實(shí)部重構(gòu)的模態(tài)空間結(jié)構(gòu)

飛行工況下升力體下表面瞬時歸一化熱流分布及不同方法獲得的

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針對高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩研究的最新發(fā)展動向和趨勢，中國空氣動力研究與發(fā)展中心陳堅(jiān)強(qiáng)研究員團(tuán)隊(duì)近十年來深耕于該領(lǐng)域，發(fā)展了適應(yīng)于三維復(fù)雜流動的高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩全局穩(wěn)定性分析方法和轉(zhuǎn)捩預(yù)測模型；設(shè)計(jì)了外形全解析的三維升力體標(biāo)模，可復(fù)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)捩過程，優(yōu)于國外同類標(biāo)模；圍繞圓錐和升力體等典型轉(zhuǎn)捩標(biāo)模開展了穩(wěn)定性分析、直接數(shù)值模擬、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和飛行試驗(yàn)，完善了高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的多手段融合研究體系，系統(tǒng)揭示了轉(zhuǎn)捩機(jī)理，并據(jù)此提出了相應(yīng)的轉(zhuǎn)捩控制方法，實(shí)現(xiàn)了對高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩陣面的調(diào)控，服務(wù)于高超聲速飛行器的設(shè)計(jì)。相關(guān)研究成果已發(fā)表在本領(lǐng)域的多個權(quán)威期刊并得到國內(nèi)外同行的廣泛正面引用；相關(guān)的轉(zhuǎn)捩標(biāo)模、理論方法、預(yù)測模型和轉(zhuǎn)捩數(shù)據(jù)集等已在全國多家科研院所單位推廣使用，服務(wù)于航空航天重大項(xiàng)目的實(shí)施。

高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩理論與控制

陳堅(jiān)強(qiáng) 等 著
北京: 科學(xué)出版社, 2025. 12

《高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩理論與控制》注重高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的理論方法與工程應(yīng)用的結(jié)合，系統(tǒng)總結(jié)了作者團(tuán)隊(duì)近年來在高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩方面的研究工作。全書分為四部分，共6 章：

• 第一部分為研究背景、物理模型、數(shù)學(xué)理論等方面的介紹，由第1、2 章組成，其中第1 章為緒論，主要介紹高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的基本概念、研究進(jìn)展及存在的已知和未知挑戰(zhàn)；第2 章主要介紹高超聲速流動穩(wěn)定性理論方法，包括特征值/初邊值問題、流動非平行性/非線性處理等方面的內(nèi)容，構(gòu)成了本書的基礎(chǔ)理論體系。

• 第二部分為高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩預(yù)測問題，由第3 章組成，主要討論現(xiàn)有的及作者團(tuán)隊(duì)新發(fā)展的轉(zhuǎn)捩預(yù)測方法和模型，包括eN 轉(zhuǎn)捩預(yù)測方法、基于輸運(yùn)方程的轉(zhuǎn)捩模型，以及基于人工智能的轉(zhuǎn)捩模型等。

• 第三部分為典型高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩問題研究，涉及理論分析、數(shù)值計(jì)算、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和飛行試驗(yàn)的綜合應(yīng)用，由第4、5 章組成，其中第4 章圍繞圓錐邊界層展開，包括頭部感受性，附著線、橫流和流向渦失穩(wěn)等；第5 章圍繞作者團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)的升力體標(biāo)模展開，系統(tǒng)揭示其表面豐富的轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象及背后的流動機(jī)理。

• 第四部分為高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩控制研究，由第6 章組成，主要討論不同類型的控制策略在高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩中的應(yīng)用及效果，包括表面微槽、臺階、粗糙元等被動控制方法，以及微槽–吸氣主被動相結(jié)合的組合控制方法等。

本書的大部分研究工作是基于作者承擔(dān)的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(No.2016YFA0401200)、國家自然科學(xué)基金(No.92052301) 等各類項(xiàng)目。本書的編寫得到了作者團(tuán)隊(duì)全體成員的支持，其中，陳曦、孫培成等參與了第2 章的寫作；向星皓、段茂昌等參與了第3 章的寫作；萬兵兵、陳曦、劉姝怡、段茂昌等參與了第4 章的寫作；陳曦、萬兵兵等參與了第5 章的寫作；胡偉波、黃文鋒、李曉虎、王昊鵬等參與了第6 章的寫作。

本文摘編自《高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩理論與控制》（陳堅(jiān)強(qiáng)等著. 北京: 科學(xué)出版社, 2025. 12）一書“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

責(zé)任編輯：趙敬偉 郭學(xué)雯

本書總結(jié)了作者及研究團(tuán)隊(duì)近十年來在高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩研究方面的最新研究工作。全書分為四部分，共6 章：第一部分為研究背景、物理模型、數(shù)學(xué)理論等方面的介紹，由第1、2 章組成，其中第1 章為緒論，主要介紹高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的研究進(jìn)展；第2 章介紹流動穩(wěn)定性理論方法，包括特征值/初邊值問題、流動非平行性/非線性處理等。第二部分為高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩預(yù)測，由第3 章組成，討論現(xiàn)有的及作者團(tuán)隊(duì)新發(fā)展的轉(zhuǎn)捩預(yù)測方法和模型。第三部分為典型高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩問題研究，由第4、5 章組成，其中第4 章圍繞圓錐邊界層展開，第5 章圍繞作者團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)的升力體標(biāo)模展開。第四部分為高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩控制研究，由第6章組成，主要討論不同類型的轉(zhuǎn)捩控制方法的應(yīng)用及效果。

本書可供流體力學(xué)、空氣動力學(xué)等相關(guān)專業(yè)的研究生閱讀，也可作為航空航天相關(guān)領(lǐng)域科技工作者的技術(shù)手冊和參考書。

（本文編輯：劉四旦）

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