一直在路上

付強

歷史一次次在告誡我們這樣一個道理——沒有強大的國防，就不會有人民的安寧。若想建設國防，則必重兵器之發展。年輕的張輝正是兵器科研領域中的一員，他在這條路上已經行進了10余年。

亦興趣亦責任

2015年，張輝通過國家自然基金資助項目——“渦生擺線振蕩的電磁優化控制”的研究，實現了以減振為目的的渦生擺線振蕩的電磁優化控制，并揭示了其電磁控制機理。為解決渦誘導的結構振動大量工程問題（如航海，航空.建筑領域等），提供了新的減振思路和優化方法，具有重要實用價值和學術意義。“這是對我博士期間研究的一個延續。”張輝說。

全國百篇優秀博士學位論文，每年僅有100個名額。2013年，張輝即是其中之一。他創造的電磁控制方法可消除運動體的尾跡，且減阻率可達20%30%，這對改進諸如軍艦、潛艇、水下炮彈等武器的運動性能極具價值。

這是張輝在博士時期交給南京理工大學的一份“答卷”。如今，

南京理工大學的每一個角落，應該都留有張輝的足跡。從求學到工作，在這里，他已經走過了16個年頭。碩士的時候，張輝選擇了兵器科學與技術專業，“之所以做這個決定，一方面是想多為國家做一些貢獻，另一方面，我對該領域的研究也很感興趣。”他解釋說。就這樣，張輝一路走到了獲得全國優博。

博士畢業后，張輝選擇留在南京理工大學瞬態物理國家重點實驗室工作。至今，他已經從博士后成長為教授。這期間，他在過去的積淀上開展了“渦生擺線振蕩的電磁優化控制”項目的研究。

隨著科學技術（流體力學、控制理論、數值方法和材料科學等）的發展和相關領域（航空和航海等）實際需求的增多，流動控制的研究已經成為流體力學的前沿和熱點問題。“可以通過流動控制來減少阻力，讓兵器發射的更遠、打擊的更準，而且這方面的技術應用在航空航天上，還可以讓飛機和船運行的更加平穩。”張輝介紹說。

而在以減阻減振為目的的流動控制技術中，電磁力以其獨到的優點受到了特別的關注。它不僅具有極強的應用價值還具有重要的科學意義。“我之所以將研究的焦點放在渦生擺線振蕩（兩個自由度）及其電磁控制，是因為與其它控制方法相比，它更為簡便、靈活、實用。”張輝說，他帶領團隊從振蕩機理和控制機理研究入手，優化了該控制方法。

渦生擺線振蕩，是同時沿兩個方向的振蕩，即在沿流向受阻力的作用產生振蕩，而沿垂直流向，受升力的作用產生振蕩。以往對于渦生振蕩的研究，大都僅沿著垂直流向的振蕩開展，而對同時沿流向和垂直流向（兩個自由度）的振蕩研究的很少。“在這同時，來流也是影響振蕩的一個因素，在剪切來流中，由于產生了背景渦的作用，破壞了流場的對稱性，所以會改變圓柱的振蕩狀態。”針對于此種情況，張輝從實驗和計算兩方面研究，闡明了均勻來流和剪切來流兩種情形下，流場、升阻力和位移的變化規律和內在聯系，同時，還明確了電磁力作用下的流場變化特征和控制機理。

“做科研絕對不能把注意力放在功勞簿上.而要專注了研究本身，踏實下心來。”帶著這種心態，張輝又對流動優化控制理論進行了研究。“流動控制的主要目的之一是減少能耗，因此，在實施流體控制時，需尋求最佳的控制量，以便用盡可能小的控制力度，得到最好的控制效果。”順著這個思路，張輝找到了兩個突破點。“一方面，由于圓柱表面的電磁激活板包覆的位置角度不同.產生的控制效果也不同，因此.需要對電磁力的空間分布進行優化。另一方面，由于控制過程中流場是變化的，為了提高控制效率，控制參數也應隨流場的實時變化而變化。”

通過數學推導和數值計算相結合的方法，張輝從空間和時間上，對電磁力的作用區域（空間）和作用強度（實時）進行了優化，完成了反饋式流動控制。最終實現了以減振為目的渦生擺線振蕩的電磁優化控制，并揭示了電磁力減振機理及其優化方法。

流動控制者

從事多年的科研工作，張輝對此有了一番自己的感悟。他認為做科研，最重要的就是能沉下心來，一步一個腳印往前走，只有把研究的相關方面都了解得透徹，才更有可能收獲理想的成果。“其實這就像盲人摸象，要是能把大象身上的部位都抹一遍，那么心中大概也就有一個大象的樣子了。”

秉承著這種思想，張輝在2014年開展了全國優博作者專項資金項目——“不同來流條件下電磁力減阻減振的機理研究”，“現在該項目還處在在研階段，它主要有三個研究點”，他說。

渦誘導的圓柱兩自由度振動是該項目的第一個研究點。“圓柱在振蕩過程中是非勻速運動，所以在動坐標中，需要對靜止坐標系下的所有方程公式進行非慣性系下的變換，而圓柱的受力如升阻力等也需要進一步推導。”張輝認為在指數極坐標下，利用Alternative-Direction Implicit（ADI）和Fast Fourier Transform（FFT）方法可以分別求解渦量流函數形式下的動量方程和連續性方程，從而可得到下一個時刻的升阻力，而這將是突破該問題的關鍵。

湍流的轉捩機制和層流化機制，一直是湍流研究的熱點。但目前與之相關的分析還偏于粗略。張輝正在嘗試采用湍流的直接模擬方法，揭示被控流場的結構和流動控制機理。流動優化控制理論是他的第三個關注點，“由于湍流的復雜性和隨機性，任何微小的擾動都可以引起流場結構的顯著變化，這種變化所導致的結果可能是預期的，也可能事與愿違。”張輝介紹說，在現有的流動優化控制理論的基礎上，他正在尋求合適的優化控制律及其求解方法。

這些年來，因為表現突出，張輝入選了江蘇省“六大人才高峰”計劃，及“333高層次人才”計劃。在未來，他計劃開展國家自然科學基金資助項目“湍流邊界層的電磁一溝槽復合控制與優化機理研究”，“之所以打算開展此方面研究，是因為對于航空、航海等相關領域，單一的控制方法已逐漸無法滿足其實際需求了。所以為了揚長避短，在不同的時刻、位置等條件下需采用不同的復合方式。”張輝將以理論研究和數值計算為主，以實驗驗證為輔，展開以減阻為目的的復合激勵板控制湍流邊界層的研究。該項目的開展將有助于發現復合控制的耦合機理和優化途徑，為進一步提高減阻效率和降低能耗提供新的思路。

身為一名師者，張輝總是提醒他的學生要保持一種“on the way”的狀態，“所謂‘on the way，就是在路上，意思就是不要躺在以往的成績（功勞簿）上，那只能說明過去，要不斷的向前走。只有不斷的向前走，才能磨練出高水平的科研能力，創造有價值的成果。”在這同時，張輝還經常會帶學生們去打羽毛球，調節身心。“保持一個良好狀態，往往會在科研工作中事半功倍。”他說。