驯服发动机中的“幽灵”：点亮科普揭秘燃烧热声振荡奥秘

2025年5月29日，深圳市关爱行动公益基金会·点亮慈善基金携手深圳第二实验学校，成功举办“点亮科普公益计划”第19课。南方科技大学力学与航空航天工程系杨东副教授带来题为《燃烧热声振荡——驯服航发和火箭发动机中的“幽灵”》的科普讲座，为现场300余名高二学子揭开了大国重器背后这一关键核心技术的奥秘。

“幽灵”现身：百亿代价的技术难题

讲座伊始，杨东教授以“为什么需要发动机”这一根本问题切入，引发现场师生思考。他结合飞机升力原理与发动机结构，深入浅出地阐释了“燃烧热声振荡”的形成机制。他指出，这一现象源于声音与不稳定燃烧之间的正反馈，涉及声波、湍流和燃烧之间多尺度多物理场的复杂耦合。

为说明“燃烧热声振荡”的巨大危害与攻克难度，杨教授援引了NASA阿波罗计划中的经典案例。他通过视频展示了F1火箭发动机因该问题引发的剧烈爆炸瞬间。杨教授强调，正是这个“幽灵”，曾迫使NASA投入相当于现今200亿美元巨资、历经1300多次惨烈试车才得以攻克。“英国罗罗公司近40年燃烧室研发中，80%精力都在对抗它。”

杨教授明确指出，燃烧热声振荡是航空发动机、火箭发动机乃至未来空天动力装置面临的重大技术难题。他特别强调，其影响范围远不止航天领域，“这不仅是航天之痛，更是制约我国发电燃气轮机、舰船动力等关键大国重器实现完全自主研制的核心瓶颈之一。”

驯“幽灵”之道：从原理到前沿突破

为了让抽象概念具象化，杨教授现场播放了两段关键视频：一段实验视频清晰捕捉到火焰在声波作用下剧烈抖动的“舞蹈”现象；另一段计算机仿真视频则动态揭示了火焰如何激发声波，而声波又如何“反噬”火焰的恶性循环。

面对这一世界级难题，杨东教授的团队取得了突破性进展。他们自主研发的“低阶热声网络模型”已达到国际前沿水平，能够精准预测环形燃烧室中复杂的振荡模态。更引人注目的是其团队在主动控制技术上的探索——借鉴消声室原理，利用穿孔板、声学超材料等创新结构吸收破坏性能量，为“驯服”燃烧热声振荡这一“幽灵”提供了具有国际竞争力的中国方案。

大国重器与青春使命

讲座不仅深入硬核技术，更始终贯穿着深厚的家国情怀。杨东教授深刻剖析了飞机发动机这颗“制造业皇冠上的明珠”所承载的战略意义：军用航空发动机是国防安全的基石，而民用航空发动机及商用燃气轮机则直接关乎突破经济性与环保性的国际竞争壁垒。他指出：“造不出先进的航空发动机，往往也意味着难以掌握顶级发电燃气轮机与舰船动力的核心技术。”

讲座最后，杨教授特别鼓励学子们关注国家在低空经济（如无人机）、可回收火箭及空天飞机等前沿领域的迅猛发展。他热切期待未来能与更多深圳学子携手，共同投身于这些充满挑战与机遇的科研疆场。

点亮科普公益计划将持续联动高校、科研院所与中小学，以高质量科普点燃青少年的好奇心与创新火种。驯服“幽灵”需代代接力，今日烛光管中的声波之火，终将点燃明日大国重器腾飞的引擎！

编辑 黄彬彬 审读 柳春晓 二审 邹远先 三审 洪鹏辉