楊東 | 直擊“心臟”，馴服能源動(dòng)力系統(tǒng)的“幽靈”

在科學(xué)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(guān)重要。對它們的研究不僅可以拓展人類認(rèn)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(shù)革新。

▲楊東

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(dòng)機(jī)中的“幽靈”。它存在于現(xiàn)代高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)、電力和艦船動(dòng)力用燃?xì)廨啓C(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”——燃燒室內(nèi)，是由燃燒過程中產(chǎn)生的聲音所引起的。這些聲波擾動(dòng)，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(nèi)反射、傳播，與火焰進(jìn)一步相互作用，通過正反饋不斷增強(qiáng)，進(jìn)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(zāi)難性故障。

歷史上，在“阿波羅”登月計(jì)劃中，其“土星五號”火箭F-1發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行數(shù)千次整機(jī)實(shí)驗(yàn)，以確保技術(shù)的穩(wěn)定與安全。近40年來，世界頂尖航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的整個(gè)燃燒室部門花費(fèi)約80%的精力來解決這一問題。

楊東，正是在這一領(lǐng)域深耕的探索者。他的研究聚焦于預(yù)測及控制燃燒熱聲振蕩，以及與之密切相關(guān)的渦-聲-熵波系統(tǒng)性耦合理論。從清華大學(xué)的學(xué)業(yè)優(yōu)秀獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，到倫敦帝國理工學(xué)院的優(yōu)秀博士畢業(yè)生，再到南方科技大學(xué)的副教授——他的學(xué)術(shù)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(gè)人的生命旅程中，家庭是溫暖的港灣，也是最堅(jiān)實(shí)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?、堅(jiān)韌、持續(xù)學(xué)習(xí)”，這3個(gè)簡單的詞匯，構(gòu)成了他所在家庭價(jià)值觀的核心，也成為他后來學(xué)術(shù)生涯的基石。

憑借優(yōu)秀的品質(zhì)和優(yōu)異的成績，楊東于2007年考取清華大學(xué)。水木清華，鐘靈毓秀。在這所全國頂級的巍巍學(xué)府，他度過了從本科到碩士的6年時(shí)光。這段時(shí)間，他不僅接受了數(shù)理基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)課程的嚴(yán)格訓(xùn)練，培養(yǎng)了扎實(shí)的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)，更在清華“自強(qiáng)不息，厚德載物”的校訓(xùn)影響下，逐步養(yǎng)成了獨(dú)立自主的學(xué)術(shù)精神。對他來說，這兩句話是清華精神的核心，也是他學(xué)術(shù)探索和人生旅途中的燈塔。隨著時(shí)間的流逝、經(jīng)歷的累積，自強(qiáng)不息的校訓(xùn)逐漸變得立體而生動(dòng)。在研究的迷茫時(shí)刻，在學(xué)術(shù)探索的艱難險(xiǎn)阻中，這句話成為他不斷前行的動(dòng)力。

攻讀本科學(xué)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(xué)生獎(jiǎng)，并在2008年榮獲北京市大學(xué)生物理競賽一等獎(jiǎng)；攻讀碩士學(xué)位時(shí)，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(shí)驗(yàn)研究》在業(yè)內(nèi)頂級期刊上發(fā)表，在理論研究及應(yīng)用實(shí)踐方面展現(xiàn)出了極強(qiáng)的創(chuàng)新能力。這一時(shí)期的學(xué)術(shù)探索，為他日后在熱聲振蕩控制領(lǐng)域的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2013年，楊東跨越重洋，前往英國倫敦帝國理工學(xué)院（以下簡稱“帝國理工”）繼續(xù)深造，由此展開了一場長達(dá)7年的跨越文化探索之旅。帝國理工是計(jì)算流體力學(xué)的重要發(fā)源地，是世界頂尖的理工院校。置身于一個(gè)全新的文化背景和學(xué)術(shù)環(huán)境中，不僅讓他學(xué)會(huì)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(lǐng)域達(dá)到了新的高度。從航空系到機(jī)械系，從博士到博士后，他深入研究流體力學(xué)、聲學(xué)和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)……體驗(yàn)了一段從扎實(shí)的基礎(chǔ)知識到深入的專業(yè)探究的成長過程。

沉浸在學(xué)術(shù)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(huì)到了專業(yè)領(lǐng)域的深度和廣度。那里的很多教授，作為各自領(lǐng)域?qū)W術(shù)前沿的領(lǐng)航者，都善于將簡化的理論與復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，轉(zhuǎn)化為鮮活的洞見，讓晦澀難懂的知識變得生動(dòng)而清晰。這種教學(xué)方式，不僅讓楊東深感學(xué)術(shù)探索的深邃，更深化了他對知識潛在力量的認(rèn)識，激發(fā)了他探索未知的興趣。

帝國理工極具鼓勵(lì)創(chuàng)新和挑戰(zhàn)權(quán)威的學(xué)術(shù)氛圍。在這種氛圍的影響下，楊東逐漸意識到：要在學(xué)術(shù)界做出真正重要和前沿的工作，需要有一種敢于挑戰(zhàn)權(quán)威、勇于獨(dú)立思考的精神。這讓他在面對學(xué)術(shù)乃至生活中的各種問題時(shí)，能夠保持自己的獨(dú)立判斷，形成自己的見解。對他來說，這是一筆非常寶貴的財(cái)富，讓他在學(xué)術(shù)的道路上，更加堅(jiān)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(dòng)聲學(xué)研究亮點(diǎn)，還獲得了英國物理學(xué)家奧斯鮑恩·雷諾（Osborne Reynolds）設(shè)立的2017口頭報(bào)告獎(jiǎng)（英國流體力學(xué)領(lǐng)域博士前六名），學(xué)術(shù)成果得到了國際的認(rèn)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(lán)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(jīng)歷，共同塑造了楊東作為一名科研學(xué)者的全面素養(yǎng)，讓他在之后的探索征程中，以更加堅(jiān)定和謙遜的姿態(tài)，不斷前行。

自由與探索：以應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的熱聲振蕩基礎(chǔ)研究

2018年年底，正當(dāng)楊東在帝國理工學(xué)院的深造之路上穩(wěn)步前行時(shí)，他的人生軌跡在一次偶然的機(jī)緣中，與南方科技大學(xué)（以下簡稱“南科大”）交匯。彼時(shí)，南科大的招聘宣講團(tuán)來到了英國。在那次宣講會(huì)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(jié)合的精神面貌，深深吸引了他。

宣講結(jié)束后，楊東本著對學(xué)術(shù)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(jīng)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(xué)術(shù)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(jīng)過一系列國際化的面試流程，包括教學(xué)試講和與專業(yè)領(lǐng)域老師的一對一交流，楊東以獨(dú)特的學(xué)術(shù)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(wù)實(shí)，共造華夏科學(xué)殿堂……”伴隨著悠揚(yáng)的歌聲，2020年，楊東正式入職南科大力學(xué)與航空航天工程系。工作后，他得到了學(xué)校全方位的支持。這里不僅有著全新的校園設(shè)計(jì)規(guī)劃、和諧的生態(tài)環(huán)境，更有著前沿的學(xué)術(shù)思想和良好的軟硬件設(shè)施，與他心中理想的學(xué)術(shù)殿堂不謀而合。深圳市政府對南科大的高度重視，以及學(xué)校為年輕教師提供的優(yōu)厚待遇和獨(dú)立課題組的運(yùn)作模式，都讓他感受到了前所未有的工作動(dòng)力和自由。

▲課題組人員合影

在南科大這片自由的沃土之上，楊東的學(xué)術(shù)研究之樹在短短幾年時(shí)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(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目、優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目（海外）和國際（地區(qū)）合作與交流項(xiàng)目，以及深圳市高等院校穩(wěn)定支持計(jì)劃項(xiàng)目，清華大學(xué)和北京航空航天大學(xué)委托的（橫向）技術(shù)服務(wù)等，研究內(nèi)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(dòng)耦合作用機(jī)理的理論與數(shù)值研究、聲學(xué)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(shè)計(jì)方法等。

在國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目中，楊東帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)國家重大需求和經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(dòng)機(jī)和一些大型發(fā)電及艦船動(dòng)力設(shè)備普遍采用了環(huán)形燃燒室技術(shù)。這種燃燒室的設(shè)計(jì)，通過在圓周上布置多個(gè)燃燒器，雖然提高了效率，但也帶來了更為復(fù)雜的技術(shù)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(fù)雜，涉及多個(gè)尺度和物理現(xiàn)象的相互作用，使得全尺寸的高溫高壓實(shí)驗(yàn)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(fù)雜性。

在實(shí)際應(yīng)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(jī)理，及對其控制效果的系統(tǒng)性優(yōu)化，就成為當(dāng)下具有重要應(yīng)用需求，同時(shí)又亟待突破瓶頸的核心科學(xué)問題。

為攻克這一難題，楊東及其團(tuán)隊(duì)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(nèi)各種熱聲耦合模態(tài)的抑制機(jī)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(biāo)，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(dòng)和安裝位置進(jìn)行全面系統(tǒng)性優(yōu)化；項(xiàng)目所做的機(jī)理研究和發(fā)展的優(yōu)化工具將被直接應(yīng)用于一款已經(jīng)投入運(yùn)行的重型燃?xì)廨啓C(jī)，與實(shí)際運(yùn)行工況數(shù)據(jù)做對比，以優(yōu)化機(jī)組的亥姆霍茲共振器設(shè)計(jì)方案。

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

“航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以及多熱力循環(huán)空天發(fā)動(dòng)機(jī)是交通運(yùn)輸、能源動(dòng)力、國防和空天科技等領(lǐng)域的核心裝備。這些裝備中的燃燒室工作在高溫、高壓、高復(fù)雜性的力－熱－聲耦合條件下，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成為動(dòng)能的樞紐。但熱聲振蕩的存在，是這些裝備設(shè)計(jì)研發(fā)中的核心技術(shù)難題。通過理論與數(shù)值結(jié)合，發(fā)展能夠定量預(yù)測和控制熱聲振蕩及聲－渦－熵波耦合的模型具有重要意義?！眹@發(fā)動(dòng)機(jī)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(yù)測模型出發(fā)，致力于聲－渦、聲－熵耦合理論及預(yù)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(yù)測到了孔的聲產(chǎn)生和聲吸收；建立了低階熱聲模型，預(yù)測到了環(huán)形燃燒室內(nèi)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(yán)格推導(dǎo)了熵波作為聲源的數(shù)學(xué)表達(dá)式，揭示了其產(chǎn)生聲音的完整機(jī)理等。相關(guān)成果已在《流體力學(xué)年鑒》《聲音與振動(dòng)雜志》《流體力學(xué)雜志》《燃燒學(xué)會(huì)會(huì)刊》等業(yè)內(nèi)知名期刊上發(fā)表多篇論文。有了相關(guān)積累，在開展“熱聲振蕩與聲-渦-熵波耦合作用機(jī)理”研究時(shí)，無論是針對更復(fù)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(shí)驗(yàn)研究，還是重點(diǎn)探討直接和間接噪聲影響熱聲振蕩的機(jī)理，建立相關(guān)理論和方法，楊東都顯得更游刃有余。

在楊東的學(xué)術(shù)世界里，理論絕不是孤立的抽象概念，而是解決現(xiàn)實(shí)世界問題的關(guān)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(shí)踐有很大的關(guān)系，越是往上攀登象牙塔，他越是注重致力于將深?yuàn)W的理論與應(yīng)用實(shí)踐緊密結(jié)合。通過與航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)用性。例如他作為主要成員之一負(fù)責(zé)開發(fā)的低階熱聲網(wǎng)絡(luò)模型OSCILOS被英、法、德、美、意等多國團(tuán)隊(duì)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(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)公司等企業(yè)作報(bào)告及展開合作。到南科大后，他還是保持了這樣的研究風(fēng)格，除在高校任教外，他還是上海電氣集團(tuán)上海汽輪機(jī)廠有限公司、東方電氣集團(tuán)清潔高效透平動(dòng)力裝備全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)顧問。他的工作不僅限于學(xué)術(shù)討論和理論推導(dǎo)，更延伸至解決實(shí)際工程問題，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)性能等，確保企業(yè)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和行業(yè)領(lǐng)先。將自己置身于應(yīng)用一線，他致力于將理論研究的精髓與工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際需求相結(jié)合，為企業(yè)提供戰(zhàn)略性指導(dǎo)和技術(shù)支持。

“純粹的基礎(chǔ)研究對于科學(xué)的發(fā)展至關(guān)重要，但應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)研究更具實(shí)際價(jià)值和可持續(xù)的發(fā)展?jié)摿??！薄爸R是寶貴的，但實(shí)踐是知識的導(dǎo)師?！闭菓驯н@些信念，讓楊東篤定了要走應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的科研道路，并堅(jiān)持用這一理念影響自己的學(xué)生，讓他們從中獲益，實(shí)現(xiàn)傳承。

教育與未來：打造一雙直面風(fēng)雨挑戰(zhàn)的翅膀

百年大計(jì)，教育為本，立德樹人，培根鑄魂。教育非常重要也十分有趣，因?yàn)槟阏娴哪芸匆娙说母淖儯匆娙说某砷L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(jīng)沐浴在國內(nèi)外頂尖學(xué)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(jīng)歷過每一個(gè)科研工作者都可能面臨的掙扎：面對繁復(fù)的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的不符，我曾長時(shí)間深陷困惑與迷茫。是我的博士生導(dǎo)師，以她敏銳的洞察力和對我能力的信任，給予了我堅(jiān)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(hù)。這是學(xué)術(shù)界應(yīng)有的風(fēng)范，也是我們每個(gè)人應(yīng)該努力的方向?！闭?yàn)楂@益匪淺，所以當(dāng)自己也肩負(fù)教書育人的重任時(shí)，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。

▲楊東（后排左四）與課題組研究生的合影

在南科大工作近4年，楊東在教學(xué)帶團(tuán)隊(duì)方面也有了自己獨(dú)特的感悟?！澳峡拼蟪珜?dǎo)開放和包容的環(huán)境，在這里，學(xué)術(shù)自由與創(chuàng)新思維交織，形成了一種獨(dú)特的校園文化。你會(huì)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(xué)術(shù)思想和處理問題的方法。而我的課題組以對數(shù)理基礎(chǔ)的高要求，展現(xiàn)出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)性和探索性?！闭?yàn)橐庾R到這一點(diǎn)，楊東會(huì)花大量的時(shí)間參與到學(xué)生的課題規(guī)劃設(shè)計(jì)中，“希望既能給他們開啟通向?qū)W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(guān)重要?！睘樽寣W(xué)生成功樹立起自信的桅桿，他愿意花更多的時(shí)間與學(xué)生共克難關(guān)，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(jìn)度和解決方案；與學(xué)生一起推導(dǎo)公式，一步一步地展示推導(dǎo)細(xì)節(jié)，引導(dǎo)他們在實(shí)踐中學(xué)會(huì)如何獨(dú)立思考；竭盡所能，將復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)變?yōu)闇\顯易懂的表述等。這些方式體現(xiàn)了他對科研個(gè)性化需求的尊重和對細(xì)節(jié)的關(guān)注?！爸挥挟?dāng)學(xué)生們在探索中找到了感覺，在挑戰(zhàn)中積累了經(jīng)驗(yàn)，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(yáng)起自信的風(fēng)帆，他們就具備了破浪前行的勇氣和決心；只要瞄準(zhǔn)方向，堅(jiān)定地致力于原始創(chuàng)新，就可以到達(dá)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(fēng)雨挑戰(zhàn)的翅膀，讓他們在浪潮席卷時(shí)依然能從容逐浪前行。

走進(jìn)楊東及其團(tuán)隊(duì)展現(xiàn)的未來世界，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)充滿希望和挑戰(zhàn)的世界：當(dāng)火箭如歸巢的鳥兒，自由往返于天地；當(dāng)空天一體飛機(jī)在晨曦中展翅，穿梭于大氣與星際；當(dāng)氫能、太陽能、風(fēng)能等新能源所產(chǎn)生的能量如血液般，在新能源系統(tǒng)的脈動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)的嚴(yán)苛要求，而熱聲振蕩問題，如鯁在喉，或許會(huì)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(huì)了他耐心與堅(jiān)持，這些磨煉的品質(zhì)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(shí)間沉浸在書籍的海洋中，從哲學(xué)到歷史，從心理學(xué)到文學(xué)，每一本書都為他提供精神的營養(yǎng)。他相信，文學(xué)、藝術(shù)與科學(xué)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(jī)會(huì)，為馴服發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)中的“幽靈”提供源源不斷的力量。