近日，上海交通大学机械与动力工程学院夏溪副教授与美国佛罗里达大学K. Mohseni教授合作，在Journal of Fluid Mechanics（JFM）上发表Rapids专栏论文：“A theory on leading-edge vortex stabilization by spanwise flow”，提出了展向流动（spanwise flow）对前缘涡（leading-edge vortex）稳定作用的新机制，并通过建模首次从数学上证明了稳定解的存在性，为前人实验所观察到的前缘涡稳定现象提供了新的解释。夏溪为论文第一和通讯作者。
前缘涡稳定现象是仿生空气动力学中的一个经典问题。自然界中的昆虫和鸟类通过拍动翅膀可以产生极大的升力，从而获得灵活的机动性。T. Maxworthy和C.P. Ellington等一批学者最早通过实验和理论研究发现，拍翼的高升力来源于附着在翼面上的前缘涡。与固定翼相比，拍翼产生的前缘涡具有显著的高稳定性，可以在翼面上停留更长的时间，因而延长了前缘涡处于高环量、高升力状态的时间。针对前缘涡如何变稳定问题，T. Maxworthy教授最早提出了展向流动稳定前缘涡的猜想，并且得到了大量后续研究的验证。然而，对于展向流动稳定前缘涡的机理，目前学界并没有得到统一的认识，尤其是前缘涡在运动学上的稳定性并没有得到解释。
论文作者历经10余年研究，从实际物理图像中获得灵感，提出“有限面积汇”（finite-area sink, FAS）的数学模型来表征展向流动，将“点汇”的诱导速度去奇异化，可以完全解析展向流动对前缘涡的吸引作用。基于此模型进行稳定性分析成功获得了稳定平衡点（stable focus equilibrium）的解，从而在数学上证明了展向流动作用下的前缘涡的确存在运动学稳定性。从物理机理上看，展向流动的卷吸作用在流向平面内表现为对其周围流体的吸引，吸引足够强时便有可能实现对前缘涡的“捕获”，使得前缘涡变得稳定。
该研究工作得到了国家自然科学基金的资助。
