——记南方科技大学副教授杨东

　　　黄雪霜  王慧娟　　

　　在科学的广袤宇宙中，有些现象如同隐匿在星光背后的奥秘，鲜为人知却至关重要。对它们的研究不仅可以拓展人类认知的边界，也可能奠定建造大国重器的基石，甚至催化颠覆性的技术革新。

　　在这些神秘力量中，热声振荡以其难以捉摸的特性，被称为发动机中的“幽灵”。它存在于现代高性能航空发动机、电力和舰船动力用燃气轮机、火箭发动机的“心脏”——燃烧室内，是由燃烧过程中产生的声音所引起的。这些声波扰动，起初如同在平静水面上投下石子所激起的层层涟漪，而后在燃烧室内反射、传播，与火焰进一步相互作用，通过正反馈不断增强，进而形成一场可能失控的能量之舞——这被称为热声振荡。如果任由其发展，这种振荡可能影响燃烧室的性能，甚至在极端情况下引发灾难性故障。

　　历史上，在“阿波罗”登月计划中，其“土星五号”火箭F-1发动机的研制过程就遇到了热声振荡。为了驯服这一“幽灵”，研发者不惜投入数百亿美元，进行数千次整机实验，以确保技术的稳定与安全。近40年来，世界顶尖航空发动机制造商的整个燃烧室部门花费约80%的精力来解决这一问题。

　　杨东，正是在这一领域深耕的探索者。他的研究聚焦于预测及控制燃烧热声振荡，以及与之密切相关的涡-声-熵波系统性耦合理论。从清华大学的学业优秀奖学金获得者，到伦敦帝国理工学院的优秀博士毕业生，再到南方科技大学的副教授——他的学术探索是一次又一次发现未知和迎接挑战的旅程。

根与翼：多元文化的积累

　　在每个人的生命旅程中，家庭是温暖的港湾，也是最坚实的后盾。对杨东而言，家庭不仅给予了他无条件的爱和支持，更在他心中播下了追求真善美的种子。“正直、坚韧、持续学习”，这3个简单的词汇，构成了他所在家庭价值观的核心，也成为他后来学术生涯的基石。

　　凭借优秀的品质和优异的成绩，杨东于2007年考取清华大学。水木清华，钟灵毓秀。在这所全国顶级的巍巍学府，他度过了从本科到硕士的6年时光。这段时间，他不仅接受了数理基础和专业基础课程的严格训练，培养了扎实的学术基础，更在清华“自强不息，厚德载物”的校训影响下，逐步养成了独立自主的学术精神。对他来说，这两句话是清华精神的核心，也是他学术探索和人生旅途中的灯塔。随着时间的流逝、经历的累积，自强不息的校训逐渐变得立体而生动。在研究的迷茫时刻，在学术探索的艰难险阻中，这句话成为他不断前行的动力。

　　攻读本科学位期间，杨东以专业排名前约10%的优异成绩荣获优秀学生奖，并在2008年荣获北京市大学生物理竞赛一等奖；攻读硕士学位时，他的硕士论文《颈部材料优化亥姆霍兹共振器的理论与实验研究》在业内顶级期刊上发表，在理论研究及应用实践方面展现出了极强的创新能力。这一时期的学术探索，为他日后在热声振荡控制领域的研究打下了坚实的基础。

　　2013年，杨东跨越重洋，前往英国伦敦帝国理工学院（以下简称“帝国理工”）继续深造，由此展开了一场长达7年的跨越文化探索之旅。帝国理工是计算流体力学的重要发源地，是世界顶尖的理工院校。置身于一个全新的文化背景和学术环境中，不仅让他学会了如何在多元文化的环境中汲取知识、拓宽视野，更让他在专业领域达到了新的高度。从航空系到机械系，从博士到博士后，他深入研究流体力学、声学和发动机内的复杂化学反应……体验了一段从扎实的基础知识到深入的专业探究的成长过程。

　　沉浸在学术探索的深海中，杨东感受着知识的深度与专业的力量。帝国理工的很多课程，让他深刻体会到了专业领域的深度和广度。那里的很多教授，作为各自领域学术前沿的领航者，都善于将简化的理论与复杂的实际应用结合，转化为鲜活的洞见，让晦涩难懂的知识变得生动而清晰。这种教学方式，不仅让杨东深感学术探索的深邃，更深化了他对知识潜在力量的认识，激发了他探索未知的兴趣。

　　帝国理工极具鼓励创新和挑战权威的学术氛围。在这种氛围的影响下，杨东逐渐意识到：要在学术界做出真正重要和前沿的工作，需要有一种敢于挑战权威、勇于独立思考的精神。这让他在面对学术乃至生活中的各种问题时，能够保持自己的独立判断，形成自己的见解。对他来说，这是一笔非常宝贵的财富，让他在学术的道路上，更加坚定和自信。

　　有了这些成长积累，杨东在帝国理工也是收获满满，他的博士研究论文不仅无修改通过，更是入选了2017年欧洲气动声学研究亮点，还获得了英国物理学家奥斯鲍恩·雷诺（Osborne Reynolds）设立的2017口头报告奖（英国流体力学领域博士前六名），学术成果得到了国际的认可。

　　如果说，清华于杨东如同古树的根，深深地生长于他的心中，为他的成长提供源泉；帝国理工对杨东的影响就如同古树的繁茂枝叶，向着蓝天伸展，赋予了他探索广阔天地的视野和勇气。这两段宝贵的经历，共同塑造了杨东作为一名科研学者的全面素养，让他在之后的探索征程中，以更加坚定和谦逊的姿态，不断前行。

自由与探索：以应用驱动的热声振荡基础研究

　　2018年年底，正当杨东在帝国理工学院的深造之路上稳步前行时，他的人生轨迹在一次偶然的机缘中，与南方科技大学（以下简称“南科大”）交汇。彼时，南科大的招聘宣讲团来到了英国。在那次宣讲会上，尽管他只是静静地坐在教室的最后一排，但南科大所展现出的朝气蓬勃和与深圳城市文化紧密结合的精神面貌，深深吸引了他。

　　宣讲结束后，杨东本着对学术探索的热忱，向在场的南科大系主任介绍了自己的研究方向和背景。这次简短的交流在不经意间为他打开了一扇通往南科大的大门。

　　2019年年初，杨东受邀参加南科大的招聘面试。这一过程不仅是对他学术能力的全面考核，更是一次对他教育理念和未来愿景的深入探讨。经过一系列国际化的面试流程，包括教学试讲和与专业领域老师的一对一交流，杨东以独特的学术魅力和对研究的深刻见解，赢得了南科大师生的赏识，顺利获得了工作邀请。

　　“南山揽紫气，丽水育脊梁。敢闯敢试，求真务实，共造华夏科学殿堂……”伴随着悠扬的歌声，2020年，杨东正式入职南科大力学与航空航天工程系。工作后，他得到了学校全方位的支持。这里不仅有着全新的校园设计规划、和谐的生态环境，更有着前沿的学术思想和良好的软硬件设施，与他心中理想的学术殿堂不谋而合。深圳市政府对南科大的高度重视，以及学校为年轻教师提供的优厚待遇和独立课题组的运作模式，都让他感受到了前所未有的工作动力和自由。

　　在南科大这片自由的沃土之上，杨东的学术研究之树在短短几年时间呈现出枝繁叶茂的蓬勃之势。他先后获得国家自然科学基金青年科学基金项目、优秀青年科学基金项目（海外）和国际（地区）合作与交流项目，以及深圳市高等院校稳定支持计划项目，清华大学和北京航空航天大学委托的（横向）技术服务等，研究内容涉及跨速域加力燃烧室高阶热声耦合振荡模态控制方法研究、长消声孔声音与流动耦合作用机理的理论与数值研究、声学抑制器吸声系数的测量与分析、使用亥姆霍兹共振器抑制热声振荡的设计方法等。

　　在国家自然科学基金青年科学基金项目中，杨东带领团队瞄准国家重大需求和经济主战场面临的主要问题，聚焦环形燃烧室非线性燃烧热声不稳定模态的被动控制及其优化展开深入研究，取得了一系列创新成果。

　　现代高性能的民用航空发动机和一些大型发电及舰船动力设备普遍采用了环形燃烧室技术。这种燃烧室的设计，通过在圆周上布置多个燃烧器，虽然提高了效率，但也带来了更为复杂的技术挑战：与单一燃烧器相比，环形燃烧室中的声波和释热耦合更为复杂，涉及多个尺度和物理现象的相互作用，使得全尺寸的高温高压实验成本显著增加。而在环形燃烧室中，沿圆周传播的热声不稳定性问题尤为突出，声波在圆周上的传播模态与轴向传播模态之间的相互作用，增加了问题的复杂性。

　　在实际应用中，以亥姆霍兹共振器和穿孔声衬为代表的消声器是重要的热声不稳定控制手段。这些消声器对环形燃烧室中各种特性迥异的非线性热声不稳定模态的影响机理，及对其控制效果的系统性优化，就成为当下具有重要应用需求，同时又亟待突破瓶颈的核心科学问题。

　　为攻克这一难题，杨东及其团队做了很多创新努力：首次定量而系统性地研究亥姆霍兹共振器对环形燃烧室内各种热声耦合模态的抑制机理；创新性地将环形燃烧室的非线性热声耦合模态振荡幅值作为优化目标，通过亥姆霍兹共振器物理模型，对共振器的几何尺寸、平均流动和安装位置进行全面系统性优化；项目所做的机理研究和发展的优化工具将被直接应用于一款已经投入运行的重型燃气轮机，与实际运行工况数据做对比，以优化机组的亥姆霍兹共振器设计方案。

　　在国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（海外）“热声振荡与声-涡-熵波耦合作用机理”研究中，杨东也有很多创新之举。

　　“航空发动机、燃气轮机、火箭发动机，以及多热力循环空天发动机是交通运输、能源动力、国防和空天科技等领域的核心装备。这些装备中的燃烧室工作在高温、高压、高复杂性的力－热－声耦合条件下，是将化学能转换成为动能的枢纽。但热声振荡的存在，是这些装备设计研发中的核心技术难题。通过理论与数值结合，发展能够定量预测和控制热声振荡及声－涡－熵波耦合的模型具有重要意义。”围绕发动机中的热声振荡这一核心问题，杨东从发展理论和低阶热声预测模型出发，致力于声－涡、声－熵耦合理论及预测和控制热声振荡，取得了若干创新研究成果，包括：提出了短圆孔声-涡耦合半解析模型，定量地预测到了孔的声产生和声吸收；建立了低阶热声模型，预测到了环形燃烧室内多种类型的非线性热声振荡模态；在三维非等熵条件下，严格推导了熵波作为声源的数学表达式，揭示了其产生声音的完整机理等。相关成果已在《流体力学年鉴》《声音与振动杂志》《流体力学杂志》《燃烧学会会刊》等业内知名期刊上发表多篇论文。有了相关积累，在开展“热声振荡与声-涡-熵波耦合作用机理”研究时，无论是针对更复杂的声-涡-熵波三者在火焰、换热器、透平和喷管中的耦合展开理论、数值和实验研究，还是重点探讨直接和间接噪声影响热声振荡的机理，建立相关理论和方法，杨东都显得更游刃有余。

　　在杨东的学术世界里，理论绝不是孤立的抽象概念，而是解决现实世界问题的关键。这一理念的形成与他早年在清华和帝国理工的积累和实践有很大的关系，越是往上攀登象牙塔，他越是注重致力于将深奥的理论与应用实践紧密结合。通过与航空发动机制造商等前沿企业的紧密合作，确保了他的研究具有针对性和实用性。例如他作为主要成员之一负责开发的低阶热声网络模型OSCILOS被英、法、德、美、意等多国团队使用，他也曾受邀为英国罗尔斯-罗伊斯、德国西门子、英国反应发动机公司等企业作报告及展开合作。到南科大后，他还是保持了这样的研究风格，除在高校任教外，他还是上海电气集团上海汽轮机厂有限公司、东方电气集团清洁高效透平动力装备全国重点实验室的燃气轮机技术顾问。他的工作不仅限于学术讨论和理论推导，更延伸至解决实际工程问题，优化产品设计，提升系统性能等，确保企业技术的持续创新和行业领先。将自己置身于应用一线，他致力于将理论研究的精髓与工业应用的实际需求相结合，为企业提供战略性指导和技术支持。

　　“纯粹的基础研究对于科学的发展至关重要，但应用驱动的基础研究更具实际价值和可持续的发展潜力。”“知识是宝贵的，但实践是知识的导师。”正是怀抱这些信念，让杨东笃定了要走应用驱动的科研道路，并坚持用这一理念影响自己的学生，让他们从中获益，实现传承。

教育与未来：打造一双直面风雨挑战的翅膀

　　百年大计，教育为本，立德树人，培根铸魂。教育非常重要也十分有趣，因为你真的能看见人的改变，而看见人的成长是一件很有成就感的事情。

　　——杨东

　　师者，所以传道、授业、解惑也。对教书育人这件事儿，杨东看得很重。早年曾经沐浴在国内外顶尖学府名家大师的教诲下得以茁壮成长的他，深知教育的力量。

　　“难忘在博士深造期间，我也经历过每一个科研工作者都可能面临的挣扎：面对繁复的理论计算与实验的不符，我曾长时间深陷困惑与迷茫。是我的博士生导师，以她敏锐的洞察力和对我能力的信任，给予了我坚持下去的勇气和力量。她让我确信，即使在巨大挑战和激烈争论中，也要保持对真理与美好事物、品德的追求和维护。这是学术界应有的风范，也是我们每个人应该努力的方向。”正因为获益匪浅，所以当自己也肩负教书育人的重任时，杨东愿意竭尽全力来思索和践行这件事，以带给后辈同样的影响。

　　在南科大工作近4年，杨东在教学带团队方面也有了自己独特的感悟。“南科大倡导开放和包容的环境，在这里，学术自由与创新思维交织，形成了一种独特的校园文化。你会发现不同的老师、不同的研究方向和课题组，孕育着多样化的学术思想和处理问题的方法。而我的课题组以对数理基础的高要求，展现出了独特的挑战性和探索性。”正因为意识到这一点，杨东会花大量的时间参与到学生的课题规划设计中，“希望既能给他们开启通向学科前沿的大门的钥匙，又能让他们自己感觉到这是可以触摸到的高度，这件事情至关重要。”为让学生成功树立起自信的桅杆，他愿意花更多的时间与学生共克难关，包括：采用一对一的方式，每周与每位成员深入交流，讨论具体的进度和解决方案；与学生一起推导公式，一步一步地展示推导细节，引导他们在实践中学会如何独立思考；竭尽所能，将复杂的问题转变为浅显易懂的表述等。这些方式体现了他对科研个性化需求的尊重和对细节的关注。“只有当学生们在探索中找到了感觉，在挑战中积累了经验，他们才能够真正地掌握知识，拥有解决问题的能力与自信；一旦扬起自信的风帆，他们就具备了破浪前行的勇气和决心；只要瞄准方向，坚定地致力于原始创新，就可以到达别人没有到过的天地。”杨东希望，给后辈打造一双坦然面对未来风雨挑战的翅膀，让他们在浪潮席卷时依然能从容逐浪前行。

　　走进杨东及其团队展现的未来世界，你会发现这是一个充满希望和挑战的世界：当火箭如归巢的鸟儿，自由往返于天地；当空天一体飞机在晨曦中展翅，穿梭于大气与星际；当氢能、太阳能、风能等新能源所产生的能量如血液般，在新能源系统的脉动中维持着零碳世界的心跳……随之而来的，就是对于大功率、高稳定性动力系统的严苛要求，而热声振荡问题，如鲠在喉，或许会成为阻拦人类迈向未来新征途的重要挑战。而他和他的研究同伴要做的，就是将这一问题所带来的限制降到最低。