學科交融 服務國家

倪海波

他曾師從中國科學院院士陶文銓教授鉆研數值傳熱學的相關知識；曾在巴黎第六大學達朗貝爾研究院與合作導師——著名湍流與大渦模擬專家Pierre Sagaut教授，一道從事氣動力學與氣動聲學的研究工作；曾在英國帝國理工學院數學系與航空系及歐洲最大航空發(fā)動機企業(yè)羅爾斯·羅伊斯聲學部從事流體力學領域的基礎及應用研究。在英國，他的合作者包括英國皇家工程院院士Spencer Sherwin、應用數學家Philip Hall教授等著名專家學者。因貢獻突出，他不僅獲得英國帝國理工學院授予的榮譽研究員頭銜，更受到世界著名企業(yè)雷諾、空客、羅爾斯·羅伊斯、龐巴迪、邁凱輪等的大力資助。

在國外經歷了漫長的積淀，當事業(yè)終于順風順水時，他卻選擇回國到高校任教，他是上海交通大學航空航天學院長聘教軌副教授徐輝。立志用所學服務自己的國家，將個人發(fā)展融入國家命運，是他對“夢想”的理解，也是他毅然回國的原因。

國外歷練 羽翼漸豐

在國外，徐輝致力于用應用數學及先進科學計算方法解決空氣動力學、水動力學領域遇到的科學及工程問題。

徐輝主持會議

出國前，在西安交通大學求學的相當長時間里，徐輝其實一直從事的是應用與計算數學的相關研究工作。于他而言，對數學的熱愛已經內化為一種習慣，已致當從數學轉向工學時，他曾度過了一段難熬的迷茫期。幸運的是，適應期過后，他驚喜地發(fā)現數學研究和工程應用其實并不矛盾，用數學知識抽象出的模型可以很好地解決工程問題，同時工程問題又促進了對一些數學知識更深層次的理解。

徐輝告訴記者，之所以考慮轉變研究方向，西安交大的兩位恩師對他的影響很大，一位是李開泰教授，另一位是馬逸塵教授。“兩位老師曾對我說過，做數學和做工程其實聯系十分密切，20世紀80年代，他們就曾用數學知識解決了一些關鍵工程問題。完成本科和碩士學業(yè)后，我?guī)煆膰H數值傳熱學知名專家陶文銓院士從事博士研究。從做人到做學問，陶老師對我產生了深遠的影響。攻讀博士學位期間，陶老師始終如一地鼓勵我用數學知識來應對工程中的科學問題，使我安心科研，順利博士畢業(yè)。畢業(yè)后，我渴望繼續(xù)從事相關的工作。受恩師的影響，我了解到，法國有許多擅長用數學知識解決工程問題的專家，從而萌生了去法國學習的想法。”

對徐輝來說，出國的契機很有意思。那是2009年的7月，在上海，他幸運地遇到了一個自己非常崇拜的人，就是在巴黎第六大學達朗貝爾研究院任職的著名湍流與大渦模擬專家Pierre Sagaut教授。“他跟我聊天，既聊到了工程又聊到了數學，他的博學及對學術的熱忱讓我對他非常仰慕。在這樣的機緣下，2010年年初，我追隨Pierre Sagaut教授去了法國，開始了博士后研究，為空客和雷諾公司服務。”在為這兩家公司服務的兩年多時間內，徐輝把數學完美地融合到了工程問題中，針對飛機發(fā)動機的噪聲問題開展了一系列非常有意義的工作。

談及初到法國時的情景，徐輝說：“我是應用與計算數學的背景，當真正要用這些知識解決實際問題時，對我來說是比較艱難的。我記得有一個問題需要在6個月內解決掉，那段時間睡覺很少，雖然很難，但是我對這個問題非常感興趣，越困難越激起了我研究的斗志。當問題被解決掉，我看到自己的科研成果被應用到空客上時，非常開心，這更增強了我克服所有困難的勇氣和決心。”

完成巴黎第六大學兩年多的研究后，徐輝赴英國帝國理工學院數學系與航空系擔任副研究員及羅爾斯·羅伊斯公司的研究員；隨后憑出色的表現，徐輝晉升為英國帝國理工學院航空系研究員。在帝國理工學院工作期間，除繼續(xù)為之前的企業(yè)服務外，徐輝更增加了一些其他的服務對象，如羅爾斯·羅伊斯、龐巴迪等企業(yè)。在為這些企業(yè)提供服務的同時，他參與了為最先進的飛機設計機翼和發(fā)動機風扇的重要工作。在國外的學習與實踐，對不同學科的融合與借鑒，加深了徐輝對學科間關聯性的認知，也加深了他對科研的興趣。

與導師陶文銓院士合影

關注工程問題 成果持續(xù)創(chuàng)新

在國外打拼9年，長期在流體力學、應用數學和計算數學交叉領域從事相關理論與應用研究的徐輝，是高精度hp型譜元法開源軟件Nektar++的不可壓縮及可壓縮求解器的核心開發(fā)人員，他將高精度hp型譜元方法首次應用于重大工程需求中——參與設計了新一代空客商用飛機機翼及羅伊斯·羅爾斯低噪聲大推力航空發(fā)動機。

徐輝非常注重先進科學計算在流動穩(wěn)定性、層流—湍流轉捩、流動控制等方面的應用及基礎研究，在EPSRC、空客、羅爾斯·羅伊斯、龐巴迪、邁凱輪等公司的資助下，取得了創(chuàng)新性的研究成果；同時，在基于玻爾茲曼模型求解弱可壓縮流動的理論及方法研究方面取得的成果也不可小覷。兩方面的研究成果不僅在理論上具有指導意義，在航空航天、水動力學等相關領域，特別是亞音速與超音速飛行器、發(fā)動機及水下航行體等工程設計方面更具有重要的實際應用價值。

在湍流方面，他主要的貢獻在于對湍流尾跡結構的分析與建模，并將此應用于渦扇發(fā)動機風扇尾跡的結構及湍流強度的快速預測方面；同時，基于尾跡統計特征優(yōu)化和改進寬頻噪聲快速預測的半解析方法。在層流-湍流轉捩的理論研究方面，他主要的貢獻在于：澄清了邊界層中微小局部粗糙元對邊界層轉捩的作用；發(fā)現了受約束薄層流分離泡的無粘拐點非穩(wěn)定對邊界層中首要的非穩(wěn)定性模態(tài)的快速放大作用，揭示了非穩(wěn)定性模態(tài)的線性增長及非線性突變過程。在層流-湍流轉捩的應用方面，他研究的重要貢獻在于能夠為工業(yè)中翼型、葉片等高端設計加工精度提供上限，此上限與相關的氣動性能緊密相關。在流動控制方面，他提出了一類有效的層流控制方法，主要用于流動減阻。在計算氣動聲學方面，他主要發(fā)展了低耗散低彌散數值方法用以精確地模擬氣動噪聲；同時，提出了可靠的聲場吸收層技術，為模擬氣動噪聲提供了有力的支持。近期，基于國家重大需求，他開始著力于將應用數學方法及高精度hp型譜元法應用于氣動噪聲、螺旋槳水下噪聲、超音速流動、湍流燃燒、發(fā)動機燃燒室設計、航空發(fā)動機實驗仿真等方面。他的科研工作與工程問題緊密結合，在理論與應用方面同時開展工作。

個人發(fā)展融入國家命運

徐輝坦言，在國外的9年，對他來說是一段并不輕松且漫長的過程。一方面他在積累專業(yè)知識，另一方面他在提高更深層次的認知，并尋找個人的發(fā)展方向。而這一切努力的落腳點，就是服務祖國，只有這樣，積蓄的能量才能得到更好的釋放。

“剛出國那幾年，我回國的次數不多，因為工作比較忙。但后來回來得比較頻繁了。我有很多朋友在航空領域、水動力學領域工作，與他們交談我發(fā)現國家對航空和海洋工程投入非常大，而且有很多基礎性的問題亟待解決。在國家高速發(fā)展的大背景下，回來為祖國服務，是每個人必然要做出的選擇。”徐輝說。

因特殊的地理位置，上海與國際的交流非常便捷，并且中國航發(fā)商發(fā)、中國商用飛機等公司都設在那里，周邊還有海洋工程及船舶科學相關的研究機構。如果想與航空航天和海洋工程領域的實際問題更好地接觸，上海對徐輝來說無疑是一個很好的工作地點。2018年9月，徐輝加入了上海交通大學航空航天學院。

回國后，徐輝的研究得到了國家自然科學基金“湍流結構的生成演化與作用機理”重大研究計劃及“面向發(fā)動機的湍流燃燒基礎研究”重大研究計劃的支持。如何將高精度計算運用到噪聲的預測及對復雜湍流燃燒的認知上，這是兩個無論在國內還是在國際上都具有挑戰(zhàn)性的問題，它們的解決對中國航空事業(yè)的的發(fā)展尤為重要，這也成為他科研的主要研究內容。

目前，在高精度計算運用方面，通過參加國際學術會議，做會議邀請報告，發(fā)表論文，徐輝已經開展了很多工作。尤其對于參加學術會議，徐輝很重視，從2018年回國到現在，他參加的各類會議不下10次。他說，參加會議的出發(fā)點很簡單，就是及時了解行業(yè)的發(fā)展，用學術領域的發(fā)展解決工業(yè)領域的難題，用工業(yè)領域難題促進學術領域對問題的解決。

2018年年底至2019年年初，考慮到高保真計算方法在理論及工業(yè)應用中日益得到廣泛關注，為加強交流以共同促進高保真計算方法、理論研究及工業(yè)領域的應用研究，作為主要發(fā)起人，徐輝倡議發(fā)起每兩年舉行一次“高保真計算方法及應用國際研討會”（International Symposium on High-Fidelity Computational Methods & Applications）。首次研討會于2019年12月13至16日在上海舉行，由上海交通大學、帝國理工、中國空氣動力學會、空氣動力國家重點實驗室、噴水推進技術重點實驗室、《水動力學研究與進展》編委會聯合主辦。國內國際著名學者專家蒞臨會議、致辭并發(fā)言，他們是樂嘉陵院士、陶文銓院士、自然科學基金委數理學部主任江松院士、何國威院士及英國皇家工程院院士Spencer Sherwin。同時，還有眾多國內國際知名專家、教授及企事業(yè)領導蒞臨會議，并參與討論。

與會人員合影

因為回國時間不長，徐輝的實驗室正在逐步建立中。團隊雖人數不多，但結構很合理，有研究應用數學的，有研究流體力學的，有研究物理的，大家配合地很默契。目前，團隊已與中國空氣動力學研究與發(fā)展中心、中國航發(fā)渦輪院、中國船舶及海洋工程設計研究院、中國船舶科學研究中心及國內的一些大企業(yè)開展了合作。不到1年，團隊與企業(yè)合作項目已達7項，通過合作，他們希望共同為滿足空氣動力學、水動力學國家的戰(zhàn)略需求出謀劃策。

對于創(chuàng)新，徐輝這樣認為，他覺得解決問題的過程其實就是創(chuàng)新的過程。在學校的實驗室觸及的問題比較簡單，工程問題則要難得多。想象的東西總歸是虛無縹緲的，憑空不能建起一座高樓，因此要到工程實踐中去發(fā)現問題，實事求是，腳踏實地，嚴謹地去解決問題。

對于“夢想”，徐輝也有自己的認識。“上學時，成績好就是夢想。做科研，能發(fā)表論文就是夢想。真正走上工作崗位時，用所學去解決問題、服務國家就是夢想。如此，個人的夢想自然而然就融入到國家的發(fā)展中去了。現在我對‘夢想’的理解就是個人的夢想要切合實際地符合國家發(fā)展需求。”

要實現夢想，在徐輝看來，就是把自己學到的知識應用到國家的重大需求上去。具體落實到行動上，就是與行業(yè)領域的人廣泛交流，與他們交朋友，了解他們的需求，解決他們的問題，在科研上持續(xù)創(chuàng)新，并將創(chuàng)新成果持續(xù)應用到工程領域。