马壮

  随着人类对空天探索需求的日益增长，空天发动机作为飞行器的“心脏”，正朝着宽速域、高推重比、可重复使用及绿色高效的方向发展。典型的空天推进系统，如超燃冲压发动机、火箭基组合循环发动机以及航空发动机的热端部件等，其工作环境极为严苛。在这些系统中，燃料与氧化剂的“混合”与“燃烧”是决定推力产生和能量转换效率的两大核心物理过程。因此，深入揭示热端部件的内部流动规律，对于优化部件性能、拓展工作边界、抑制热负担和声学振动担具有重要的理论意义和工程价值。

  在人工智能与高性能计算深度交融、引领变革的时代， 秉持“先进算法 + 热端部件流动建模 + 高性能计算”的创新范式，探索经典对象的新属性，不断突破推进系统热端部件的能量释放模式瓶颈，为传统学科发展注入生命力。

研究方向：空天推进系统热端部件设计

     面向航空航天推进系统极端服役工况，围绕吸气式发动机内流热端部件，重点开展能量释放方式与热声振荡的基础理论与创新应用研究。通过融合基础数学物理理论与先进算法，构建全新的逻辑体系，以多尺度、多维度的全新视角重新认知经典热物理现象，揭示热端部件在复杂耦合作用下的能量时空转化机理，探索高效、紧凑的热端部件结构形式，为空天发动机核心性能的提升提供关键理论支撑与技术储备，促进推进系统向更高效率、更轻量的方向发展。

合作招生：刘金鑫 教授 https://gr.xjtu.edu.cn/zh/web/jinxin.liu

1.推进系统热端部件流动机理研究

  面向空天推进系统热端部件的严苛服役环境与性能需求，本研究围绕其内部复杂流动结构组织模式，系统开展了涵盖从微观分子扩散到宏观连续介质湍流输运过程的多尺度流动与混合机理研究。在此基础上，创新性地提出了基于低标量注入尺度概念的混流器结构。实验与数值模拟结果表明，在高速流动条件下，所提出的新型混流结构相较于传统混合装置，在混合效率上实现了显著提升。相关成果已成功应用于多型重点型号发动机的燃烧组织方案设计中，为空天推进系统热端部件的性能优化与工程应用提供了重要支撑。

2.基于PINN算法的热端部件流动输运方程求解

 针对描述热端部件再生冷却流动偏微分方程的求解，本研究引入了基于物理信息神经网络（Physics-Informed Neural Networks, PINNs）的方法，重点应用于能量方程的求解过程中。该方法通过将物理定律（即控制方程）直接嵌入神经网络的损失函数，实现了在无需大量标签数据的情况下对流动与传热问题进行有效建模与求解，从而规避了传统数值方法（如有限体积法、有限元法）对网格生成、离散格式选择以及迭代收敛性的高度依赖，显著降低了对几何结构复杂区域的处理难度，同时避免了数值振荡和耗散问题。

3.推进系统热端部件热声不稳定机理研究

  针对热端部件的热声不稳定现象，开展了基于拓扑嵌入理论的动力学分析，深入探讨了热声耦合系统的非线性演化机理。该方法通过将高维热声振荡信号嵌入低维拓扑空间，有效提取了系统状态演变的几何结构与拓扑不变量，突破了传统线性稳定性分析在刻画非线性效应方面的局限性。发现了热声振荡的临界慢化、极限环之间的分岔等一系列非线性动力学特征，不仅深化了对热声耦合机制的理解，也为热端部件的稳定性调控与主动控制策略设计提供了新的理论依据。

主持科研项目

国家自然科学基金青年基金项目            2024-2026

KGJ项目（燃**********究 ）          2024-2027

JG集团自设基金项目（AT***********研究 ）   2022-2024

中国博士后科学基金特别资助项目           2023-2025

中国博士后科学基金特别面上项目           2023-2025

代表性论文

[1] Ma Z, Yang Y, Du M, et al. Spatial Dependence Analysis of Thermoacoustic Coupling Strength in Helmholtz Pulse Combustor Using Convergent Cross Mapping[J]. 

ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2026,148(4):41014.DOI:10.1115/1.4069775.

[2] Ma Z, Du M, Liu J, et al. Stability analysis of periodic orbits in thermoacoustic oscillation using state space reconstruction with maximum predictability[J]. 

Aerospace Science and Technology, 2026,173:111668.DOI:10.1016/j.ast.2026.111668.

[3] Ma Z, Yang Y, Du M, et al. Determining strong thermoacoustic coupling directions in Helmholtz combustors using time series causality analysis[J]. 

Applied Thermal Engineering, 2025,280:128227.DOI:10.1016/j.applthermaleng.2025.128227.

[4] Ma Z, Wang C, Wang G, et al. Experimental investigation on critical slowing down of premixed combustion in a backward-facing step combustor[J]. 

Combustion Theory and Modelling, 2022,26(5):879-895.DOI:10.1080/13647830.2022.2080122.

[5] Ma Z, Wang G, Cui T, et al. Interpretation of Intermittent Combustion Oscillations by a New Linearization Procedure[J]. 

AIAA Journal of Propulsion and Power, 2022,38(2):190-199.DOI:10.2514/1.B38410.

[6] Ma Z, Ji T, Cui T, et al. Access to Empirical Formulations of Combustion Efficiency for Gas Turbine Combustors With Improved Generalization Ability[J]. 

ASME Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 2021,13(2).DOI:10.1115/1.4047276.

专利

[1]马壮,黄乐萍,孙靖阳,等.基于三周期极小曲面的涡轮发动机混流结构及涡轮发动机:CN202510605069.5[P].CN120120595A.

[2]马壮,黄乐萍,周杰,等.空气涡轮火箭发动机的混流结构,工作方法及发动机:CN202411371965.1[P][2026-03-06].CN118881478B

[3]马壮,黄乐萍,周杰,等.航天用富油工况吸气式发动机燃烧器,工作方法及发动机:CN202411227754.0[P][2026-03-06].CN118729323B