7月14日，上海交大澳门太阳网城官网田新亮副教授研究小组在国际顶级物理学期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters, PRL）上发表了题为“Shape deformation and drag variation of a coupled rigid-flexible system in a flowing soap film”（流动皂膜中一种刚-柔耦合系统的形状与阻力变化）的最新研究成果，首次提出一种全新减阻方法——“软尾减阻”，并通过精巧的实验进行证实。该工作获得“编辑推荐”（Editors‘ Suggestion）作为亮点论文（Highlights）在PRL期刊主页进行特别介绍，并被选为本期PRL封面论文（Cover image for Vol. 125, Iss. 3）（图1）。
图1 《物理评论快报》第125卷，第3期封面
鸢飞戾天，鱼跃于渊，动物们通过进化躯体结构、扭动身姿得以在大自然遨游；草木“从风而靡”以减小风阻，避其锋芒而后起。如何有效减小运动物体所受流体阻力是一个经典的物理问题，也是对流体工程装备性能的重要考量。为了实现减阻、增速、节能之目的，人们把车辆设计成流线外形，为船舶加装了球鼻艏，在高尔夫球表面添加了许多凹坑……那么，是否有其他不改变物体自身结构，就能有效减小流体阻力的方法呢？多年前，田新亮博士在研究薄板流动问题时，看到随风飘动的裙摆（图2），萌生了给钝体“穿上披风”来减阻的奇想，即“软尾减阻”。如今，这个看似异想天开的想法正在逐渐成为现实。
图2 随风飘动的裙摆（Regine Relang摄于1942年）
2018年4月起，田新亮研究小组采用实验方法逐步证实了“软尾减阻”猜想，并建立理论模型深入探讨其背后的物理机制。首先，他们搭建了竖直流动肥皂膜实验系统“SJTU-FILM”，实现了对准二维流场的稳定模拟；然后，在尝试了多种柔性材料后，成功构造了“刚性平板-柔性细丝”耦合系统并将其置入“SJTU-FILM”中，形象地模拟了“穿着披风”的钝体在流场中运动的场景。为了确保获得高质量的实验数据，他们还自行研制了精度高达0.01毫克的测力装置，发明了连续调节柔性细丝长度的方法，成功实现了在不中断肥皂膜流动条件下的连续稳定测量（图3）。
图3 （a）“SJTU-FILM”示意图和（b-d）不同长度细丝在皂膜中的形状
研究表明，给一个平板“穿上”其2.3倍长度的“披风”，减阻效果最高可达10%（图4）。研究小组还惊喜地发现，类似的减阻现象稳定存在于较宽的流速范围内，且对细丝的刚度不太敏感。需要指出的是，该研究依然只是揭开了“软尾减阻”这一新型流固耦合问题的冰山一角，期待在不久的将来，有更详细深入的理论和数值研究来揭示其深层次的物理机制，直至实现工程应用。或许有一天，我们真的会看到身着宽松衣服奔跑的运动员，或者穿着“披风”深潜的“蛟龙号”!
图4 不同刚度的细丝在不同长度下的减阻效果（流速为1.45米每秒）。
该研究由田新亮副教授带领三名硕士研究生独立完成，上海交通大学为唯一署名单位。论文第一作者高颂已毕业，目前于美国西北大学攻读博士学位；第二作者潘松和第三作者王怀成均为硕士二年级研究生；最后作者和通讯作者为田新亮。该研究受到上海市自然科学基金（19ZR1426300）和国家自然科学基金重点项目（11632011）资助。
全文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.034502
