近日，西北工业大学航空学院和极端力学研究院叶坤副研究员团队在复杂激波下壁板迟滞和多解的非线性动力学行为研究中取得重要进展，相关研究成果以“On the aeroelastic bifurcation of a flexible panel subjected to cavity pressure and inviscid oblique shock”为题发表在流体力学顶级期刊《Journal of Fluid Mechanics》上（https://doi.org/10.1017/jfm.2024.273）。航空学院和极端力学研究院叶坤副研究员为论文通讯作者，航空学院博士研究生张艺凡为第一作者，西北工业大学及飞行器基础布局全国重点实验室为该论文的唯一署名单位。该研究得到了国家自然科学基金委“叶企孙”重点基金项目、面上项目、“飞行器复杂流动与控制创新引智基地”和研究生创新能力培育基金的资助。
高超声速飞行器超燃冲压发动机内复杂激波流场中力/热存在强非线性、强非定常特征，同时，实际工程应用中对结构轻量化设计指标的要求越来越高，这导致热-力-结构一体化设计下复杂流固耦合问题越来越突出，严重威胁高超声速飞行器的性能和安全。美国在NASP、HyTech、Hyper-X、X-43A、X-51A等高超声速研制计划中均加大了对流固耦合问题的投入。复杂流固耦合问题对力学的发展提出了新的需求和挑战。
复杂激波下壁板流固耦合问题是一个重要的基础科学问题。近十年来，诸多学者通过理论、数值和实验手段证实了该问题表现出复杂非线性动力学行为特征。然而，学术界就这一复杂流动与非线性动力学行为相互作用问题背后的物理规律和机理却并未达成一致观点。空腔压力作为影响激波作用下的壁板流固耦合的重要因素在以往的研究中长期被忽视和简化，其是否是解释壁板复杂非线性动力学行为的关键因素？
叶坤等人针对激波和空腔压力共同作用下的壁板流固耦合问题，发现和揭示了空腔压力诱发的复杂迟滞行为和多解的现象和机理，同时从稳定性分析和能量传输的角度对其物理机理进行了解释。这为不同学者研究结果之间的分散性提供了新的视角。研究发现空腔压力的变化使流动和结构之间能量传输的方向发生了两次逆转，进而诱发了动力学系统随动压的上行和下行而产生的迟滞行为和多解特性。同时，发现在空腔压力-无量纲动压参数平面出现了尖点灾变现象，并揭示导致灾变现象的根源是三类分岔行为：超临界Hopf分岔、亚临界Hopf分岔和环的鞍结分岔，且发现分岔临界点处表现出异于常规响应特征的长周期渐进式颤振或爆发式颤振的有趣现象。
叶坤副研究员团队依托叶正寅教授复杂流固耦合和空气动力学研究团队，长期致力于复杂流动非线性流固耦合方法和机理、高超声速流固热多物理场耦合等方向开展研究。近五年来，团队已在《Journal of Fluid Mechanics》《AIAA Journal》《Physics of Fluids》等航空航天和流体力学领域权威期刊上发表论文40余篇。自主开发的高效高精度流固耦合程序集成到国家数值风NNW-FSI模块中。
