近日，西北工业大学航空学院、飞行器基础布局全国重点实验室、流体力学智能化国际联合研究所张伟伟教授团队袁昊同学、寇家庆教授等人在复杂流动稳定性控制研究中取得重要进展，相关研究成果以“Resolvent-based shape optimisation for a two-dimensional cylinder at low Reynolds numbers”为题发表在流体力学顶级期刊《Journal of Fluid Mechanics》上(https://doi.org/10.1017/jfm.2025.10169)。寇家庆教授为论文通讯作者，航空学院博士研究生袁昊为第一作者，航空学院博士研究生郑森炜和张伟伟教授为论文合作者，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，陕西省青年人才项目以及中央高校基本科研业务费专项资金的资助。
钝体绕流是流体力学领域的经典问题，也是航空航天、土木工程、船舶海洋等领域基础且重要研究对象。随着雷诺数升高，流动因为全局失稳诱发周期性漩涡脱落，导致结构振动和噪声等问题。被动控制方法因其简单可靠、易于工程应用而备受关注。然而，传统被动控制缺乏流动机理指导，常伴随显著的流场扰动（“暴力”），且高度依赖经验试错（“遍历”），控制效率高度受限。
针对这一挑战，研究团队提出了一种基于预解分析的表面形状优化被动控制策略。预解分析方法构造了系统在谐波强迫下的传递函数，通过预解增益表征流体动力学系统受迫响应的放大特性。在预解分析理论指导下，团队构建了面向钝体绕流稳定性的形状优化设计框架，从而实现被动流动控制。数值模拟结果表明，优化外形使得系统增益大幅降低，流动稳定性显著提升，钝体所受阻力明显减小。通过机理研究进一步揭示了优化外形通过表面平滑与科恩达效应（Coanda Effect）的协同作用，成功实现了流动分离点的稳定后移，从而实现了圆柱绕流的稳定性与阻力特性的协同提升。该研究为发展高效、机理清晰的流动被动控制技术提供了新思路和新方法，具有重要的理论意义和应用前景。
寇家庆教授依托张伟伟教授气动弹性力学与控制和智能空气动力学研究团队，长期致力于智能空气动力学、计算流体力学、非定常空气动力学相关研究。近五年来，团队已在《Progress in Aerospace Sciences》《Journal of Fluid Mechanics》《Journal of Computational Physics》《AIAA Journal》等航空航天和流体力学领域权威期刊上发表论文200余篇。
图 1 基于预解分析的圆柱绕流稳定性优化设计框架
图 2 优化外形稳定性提升和阻力降低的机理分析
