近期，西北工业大学航海学院潘光教授团队发表题为“Research on the swimming performance of two manta rays under staggered propulsion on the same frequency: when the follower is above the leader”的研究论文。该研究成果被国际流体力学知名期刊《Physics of Fluids》作为主编推荐特色文章（Featured Articles）发表（图一），并被美国物理学联合会“科学之光”（Scilight）专题文章采访报道（图二）。西北工业大学航海学院2020级博士生高鹏骋为该论文的第一作者，西北工业大学航海学院黄桥高教授为该论文的通讯作者。

图一 主编推荐特色文章（Featured Articles）

Scilight创办于2017年6月，是美国物理联合会出版社（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。据了解，Scilight每年从AIP旗下30多个刊物一万余篇论文中仅挑选300余篇物理领域内最值得关注的研究成果进行报道。

图二 “科学之光”（Scilight）专题文章

鱼类集群现象随处可见，集群游动能帮助鱼群中各个体有效规避天敌，提升捕食效率，增加繁殖机会等。此外，许多学者认为，鱼类可以通过高度组织化的群体运动来保存能量，获得水动力优势，提高个体运动性能，但其背后的高效高机动游动机理尚不明晰。随着水下作业难度增大，世界各国纷纷考虑利用航行器集群开展海洋环境高时空分辨、多要素同步观测、多维信息融合探测、海洋测绘及海洋生态预警监测等活动。因此有必要从流体力学角度为航行器集群编队设置及运动参数调控提供指导。

潘光教授团队根据生物学观测结果建立了仿生对象蝠鲼的形态学和运动学模型，发展了基于浸入边界法和球函数气体动理学格式的流固耦合水动力预测技术，全球首次开展了双蝠鲼在垂向交错排布下的集群游动数值模拟，获得了间距对蝠鲼集群水动力的影响规律，并结合流场演变揭示了集群水动力随间距变化背后的物理机理（图三）。该研究打破了学者们长久以来保持集群队形在同一平面内的限制，扩展了鱼类集群游动队形设置的研究范围，为仿生水下航行器集群编队设置提供了理论依据。

图三 不同间距下蝠鲼集群游动流场结构

未来，该团队将在以下几个方面开展深入研究：（1）三体乃至多体在更多队形和运动参数下的集群游动模拟；（2）自然界中鱼类跨种群集群游动现象也较为常见，可以进一步探讨鱼类跨种群集群游动时水动力特性及流场演变规律。

本文工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持，获2022年中国造船工程学会技术发明特等奖。

Physics of Fluids 论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0180621

AIP Scilight专访报道链接：https://doi.org/10.1063/10.0024463