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青年人才托举工程

青年人才成长故事

发挥超构表面低频宽带特性,解决大型风洞噪声控制难题


 

被托举人李勇,同济大学长聘教授,声学研究所副所长。2013年博士毕业于南京大学声学专业,2013年8月至2016年9月先后在香港科技大学及洛林大学(法国)从事博士后研究,2016年10月起任职同济大学声学研究所。

被托举人长期从事声学超构表面理论及应用研究,相关研究成果以(共同)第一/通讯作者在国内外学术期刊发论文58篇,包括4篇Physical Review Letters、1篇National Science Review、1篇Science Bulletin、1篇Nature Communications、1篇Nature Review Materials和26篇Applied Physics Letters/Physical Review Applied/B,其中9篇入选ESI高被引论文。研究成果多次被美国物理学会(APS)选为编辑推荐文章(Editors' Suggestion);美国物理联合会(AIP),Phys.org,Physics Buzz,Science Daily等专业物理期刊和科学网站专题报道。论文共被引用5500余次,H因子为32(Google Scholar)。被托举人获得授权发明专利5项,申请发明专利6项。超构表面降噪技术实现专利转化400万元人民币。

2020年入选国家级青年人才计划,2018年入选中科协青年人才托举工程,2018年受聘为C项目压缩机降噪工程首席科学家,2017年入选上海市浦江人才计划,2017年获得教育部自然科学一等奖。

我是来自同济大学的李勇,2018年,经中国声学学会评审推荐,非常荣幸入选了第四届中国科协青年人才托举工程。在中国声学学会及托举导师团的支持下,我围绕大型风洞建设中的噪声控制难题展开了系统的研究。大型风洞是研制大型飞机、导弹、火箭及宇宙飞船等航空航天器必备基础设施,由于国际上军事竞争及技术封锁等原因,大型风洞建设只能建立在自我创新的基础上。低噪声品质是衡量大型风洞性能的重要指标之一,背景噪声过高会对声学测量、脉动压力测量等非定常试验及精密仪器的精准度造成明显影响,带来严重后果。

针对大型风洞建设中的噪声控制难题,我带领课题组针对降噪设计难点循序渐进、逐点突破,在项目的资助下,经过4年多的努力,初步解决了极端环境下低频宽频噪声控制难题。首先,针对低频噪声控制难题,我将超构表面的物理前沿概念拓展到声学领域,结合声学边界粘滞层发展了损耗型及非厄米声学超构表面,实现了对低频噪声的有效控制。其次,针对宽频噪声控制难题,提出了弱吸声单元共振耦合机制,通过强化单元间耦合实现了轻薄宽带吸声结构,进一步探究超构材料吸声带宽的极限,提出了过阻尼和抑制多余响应的阻抗调制机理,设计了厚度趋于因果律允许最小厚度的非局域声学超构材料,在320-6400Hz频率范围内实现了平均系数为0.93的宽带高效吸声性能,解决了宽频噪声的控制难题。最后,我带领团队系统分析并测量了大型风洞压缩机的噪声特性,建立了复杂工况下超构表面声阻抗及声传播模型,研制了低频宽带超构表面声衬模块,2017-2019年间对超构声衬试验件开展了阻抗管、流管及单级风扇等15轮验证性试验,最终在2021年的原型机试验中,实现了20-20kHz频率范围内的优异降噪效果,助力压缩机噪声指标优于设计考核指标,顺利通过验收。

这些成绩的取得与中国声学学会的大力支持密不可分,尤其感谢由程建春教授、他得安教授、杨军教授、毛东兴教授和程茜教授组成的导师团的悉心培养,在科研及生活上给予的极大支持。在今后的工作中,我将继续努力,聚焦航空发动机研制中的噪声控制难题,探索极端环境中超构声衬降噪机理,形成航空发动机超构声衬降噪系统设计及优化方法,促使超构表面前沿理论走向实际应用,为我国大型飞机适航取证贡献绵薄之力。



 

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1 超构声衬在风洞压缩机(左图)中获成功应用,助力我国大型风洞噪声通过验收(右图)。