近日，中南大学交通运输工程学院熊小慧教授及其合作者在美国物理学联合会出版社杂志《流体物理学》（Physics of Fluids）发表题为“多孔介质缓冲罩对磁浮隧道口音爆的缓解机理研究（Mitigation mechanism of porous media hood for the sonic boom emitted from maglev tunnel portals）”的研究论文，该研究成果作为编委推荐文章同时被美国物理学联合会《科学之光》（Scilight）专题采访报道。本文第一作者为中南大学交通运输工程学院2020级博士生王凯文，团队负责人熊小慧教授为通讯作者，中南大学梁习锋教授、张雷副教授、陈光老师和香港理工大学温志湧教授为共同作者。 随着时速600公里高速磁浮系统的正式发布，高速磁浮列车穿越隧道引发的气动效应问题引起广泛关注。磁浮列车驶入隧道驱使的初始波前在非线性效应作用下会合并为弱激波，并在隧道出口以低频脉冲波形式辐射至周围环境。该微气压波会造成音爆现象并引发周围建筑物结构共振，对隧道洞口附近的人类、动物和建筑物结构造成威胁。 为解决高速磁浮隧道口音爆难题，熊小慧教授及其研究团队将多孔介质材料引入本研究领域，创新性地提出了一种多孔介质缓冲罩用于削弱初始波前强度并逐级释放微气压波能量。研究团队开发了基于磁浮动模型实验和多孔介质数值模型的研究方法，揭示了多孔介质缓冲罩对微气压波、流场时空演化以及车体气动载荷的作用机理。 《科学之光》创办于2017年6月，是美国物理学联合会出版社（AIP publishing）出版的网络周刊，致力于挑选AIP发表的物理领域最新的、最具有代表性的文章，简要总结其研究成果，并强调其在该领域的创新性和突破性。《科学之光》每年从AIP旗下30多个刊物中仅挑选300余篇物理领域内最值得关注的研究成果进行报道。 《科学之光》专访熊小慧教授，并以“磁浮隧道缓冲罩可防止列车速度提升产生的音爆问题（Maglev tunnel hoods can prevent speed-driven sonic booms）”为题对研究成果进行报道。该报道指出，“多孔介质缓冲罩能够减缓入口初始波前梯度，并通过增强出口波前辐射来降低微气压波声学等级。该缓冲罩还能缓解列车气动载荷的幅值和变化率，有助于提高人耳舒适性并抑制列车尾摆现象。”熊小慧教授表示，这项工作可用于指导高速磁浮隧道缓冲罩的设计，从而提高乘客舒适度、改善车辆动力学性能并降低隧道口周围的噪声水平。当多孔介质缓冲罩面临复杂气候条件时，多孔结构在瞬态压力冲击下具备自清洁能力，可防止孔隙被灰尘和雨滴堵塞。然而，在多孔介质缓冲罩进入工程应用前，需要对现有多孔介质材料开展评估，验证其材料性能、疲劳强度和使用寿命等。未来，研究团队计划在无渣隧道内壁安装多孔介质涂层，并研究其对车隧耦合气动效应的影响。 本研究得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金青年项目等资助。
