导读
本期节目中RWU团队邀请了年度北航研究生十佳、五四奖章获得者、年度北航榜样、级高博班学生侯涛刚，让侯学长带领大家领略一番用计算流体力学(ComputationalFluidDynamics)所揭示的乌贼飞行过程中的力与美，感受学科交叉的巨大魅力。
▽应用背景▽
对水空两栖多模式飞行器来说，水-空过渡（出水）需要快速完成从水体介质到空气介质的转换，相当于传统飞行器的起飞过程，水面起飞过程对结构和动力系统要求更高，技术难度更大。
自然界中的飞行乌贼具有优异的水空多模式运动能力，能够自如地实现水-空和空-水过渡，尤其是其喷水式水-空过渡（水下起飞）过程，可以作为水空两栖多模式飞行器水面起飞的参考。
飞行乌贼的运动轨迹动画
侯涛刚
▽发展瓶颈▽
当前研究者们对飞乌贼的飞行行为的研究多为通过拍摄连续摄影或者录像的手段进行定性及定量描述。但由于其在海洋环境中的飞行行为很难通过上述方式来捕捉，因此高质量的研究资源仍然十分匮乏，针对飞乌贼发射阶段的研究几乎是一片空白。
▽研究方法▽
幸运的是，得益于CFD技术的发展，目前在仿生领域，无法用传统方法解决的大部分问题都可以通过数值模拟进行研究，这让人类得以窥探一番飞乌贼飞行过程中的奥秘。
飞行乌贼模拟过程中流场的网格划分
侯涛刚[1]
榜/样/介/绍
本期RWU的“榜样面对面”栏目嘉宾——侯涛刚学长及其团队便是通过CFD的手段率先刻画了飞乌贼发射阶段的运动学过程，为飞乌贼的多模态运动研究提供了崭新的视角,其相关研究成果已发表于《BioinspirationBiomimetics》（通讯作者杨兴帮高博班10级校友）。
本科期间，侯涛刚学长在大一就以第一作者身份获得冯如杯一等奖，大学三年学术成绩综合排名8/，日本筑波大学全奖交换留学生。
研究生阶段，他师从王田苗教授，主要研究方向为软体机器人与跨介质飞行器。至今已发表第一作者论文9篇（封面论文2篇），学术论文《软体机器人前沿技术及应用热点》被《新华文摘》全文转载，曾获北航研究生十佳、北航五四奖章、北航榜样等荣誉。
下面，就让我们进入采访区，和侯涛刚学长聊聊关于飞行乌贼的研究吧！
学术
问答
小编
1.模拟乌贼喷射出水过程是个很有意思的工作，能否跟我们简单介绍一下它的背景情况？
乌贼出水飞行的行为在很早就被人们所发现。年，美国霍夫斯特拉大学的Macia等人整理了从年到年之间被观测到的14起乌贼飞行活动，并且指出至少有8种乌贼品种具备飞行能力。
乌贼具备高功率密度的推进能力，类似于火箭的推进机理，但是由于由于乌贼出水飞行行为的不确定性，在海洋环境中捕捉到高质量的乌贼飞行视频或者照片进行研究仍然具有挑战性。
在仿生研究当中，例如鱼类游动，飞鸟飞行，两栖飞鱼/水鸟等，由于计算流体力学CFD技术理论的不断发展完善，在对研究对象进行建模和合理假设条件下，CFD技术可以提供高效的数值方法模拟复现生物运动，因此我们决定采用CFD技术对乌贼水/空多模式运动进行仿真模拟研究。
T.G.Hou
模拟过程中飞行器在流场中的速度演变
侯涛刚
小编
2.论文对乌贼喷射出水整个过程首次实现了完整仿真复现，其中面临的最大的问题和相应的解决办法是什么呢？
▽难点问题▽
飞乌贼水/空多模式飞行过程包含水下，空中，动态喷流等实际过程，造成了仿真中面临的三维流场、高速喷流、多相流、动网格、非定常条件等多项复杂技术问题的耦合，大大提高了计算仿真的难度。此外，由于计算准确度的需要，以及多种工况的设定，需要极大的计算量来完成仿真过程。在数据分析过程中，需要对三维速度场数据进一步分析，以及判断漩涡区域与涡量等相关信息，更增加了数据处理的难度。
▽解决对策▽
为了解决计算流体动力学分析中，仿真难度高，计算量大，数据分析难度高的问题，我们与合作单位流体动力学部门开展了多次研究讨论，对仿真分析的各项细节进行详细的论证调研，对部分问题进行了科学合理的简化，解决了各项仿真技术难题。针对仿真计算量大的问题，经过申请沟通，利用合作单位提供的超算集群，极大的节省了仿真时间，加快了项目进度。
T.G.Hou
基于Q-准则的水下三维射流尾迹涡结构
侯涛刚[1]
小编
3.能给我们简单描述一下乌贼在水中、出水时、在空中运动的整个过程以及各个阶段运动形式的最大特点吗？
根据生物学观察，Sthenoteuthisoualaniensis，通常被称为紫背飞乌贼，主要分布在印度洋和太平洋，被认为是具有较强飞行能力的品种。在Yamamoto等人的研究基础上，飞行乌贼的多模式运动可以区分为六个部分。
(a)水下巡游：在水下缓慢游动时，乌贼腕鳍收拢，利用对鳍波动产生推进力。
(b)水下加速：在水下加速移动时，乌贼套膜腔内部吸入少量的水并向后喷射，与此同时腕鳍张开后向后摆动，进一步提高了移动速度。
(c)水空发射：乌贼的对鳍和腕鳍均处在收拢状态，此时套膜腔内部吸入足量的水，水流通过套膜腔收缩高速向后射出产生极大的推进力助力乌贼飞出水面。
(d)空中喷射推进：为了进一步在空气中加速，套膜腔继续喷射直至射流耗尽。此时乌贼的对鳍和腕鳍展开，形成机翼状结构产生升力。
(e)空中滑翔：套膜腔射流耗尽，乌贼保持对鳍腕鳍展开状态，并利用从喷射获得的动能滑翔飞行。
(f)溅落入水：在滑翔后接近海面时再次折叠对鳍腕鳍，减少入水阻力，溅落入水。
T.G.Hou
飞乌贼的多模式运动阶段划分示意图
侯涛刚[1]
小编
4.可以看到本篇论文应该比较偏向于工程应用，它最大的意义在哪里以及在未来可能还有哪些应用场景呢？
水空两栖多模式飞行器作为一种具有巨大潜在应用价值的航行器已经被广泛
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