力学学报封面文章

周教授在流动稳定性理论上，发展了弱非线性理论，找到了流行的弱非线性理论所给结果不能解释实验结果的根本原因，并给出了改进的方法。他把流动稳定性理论用于研究湍流相干结构，给出了相干结构的动力学模型，并对壁湍流近壁区相干结构的生成机理给出了一个基本完整而合理的图案，研究了可压缩剪切流增强混合的方法。周教授从理论和实践上解决了二自由度气体动压轴承陀螺仪的自激振荡问题，并与工人和技术人员合作，设计并试制成了先进的二自由度气体动压轴承陀螺仪。 1955年下半年，周恒晋升为讲师。到北京听了一个学期（每周一次）钱学森所作关于“控制论”的讲座，受益匪浅，对控制论产生了浓厚的兴趣。这时候，教学任务较重，每周要讲10节课，同时，还进行了“最优控制”方面的科研工作。只有有了创造性，有了新见解，周恒才着手撰写论文。他的第一篇论文“关于利用继电式元件改进控制系统的一个问题”发表在《力学学报》上。这是我国发表最早的关于最优控制的文章，曾在1957年全国第一次力学学术会议上宣读。周恒的科研成就得到了老一辈科学家的关注。经钱学森同意，周恒每周3天到中国科学院自动化研究所，在钱学森亲自指导下从事科学研究工作。可惜只去了3个月左右，就因“反右”斗争，自动化所业务无法正常进行而中止。此后，由于政治运动的不断，被迫停止了这方面的研究。50年代，我国的流体力学研究基础薄弱，还远远落后于世界各国。60年代，英国的.斯图亚特（Stuart）就提出了流动稳定性的“弱非线性理论”，得到了力学界的公认与推崇。流动稳定性是国际公认的一个十分难于攻破的理论问题。当时我国还没有人从事过这方面的研究，出国交流也是不可能的。1962年，周恒选择了流动稳定性这一课题。鉴于当时线性理论已基本完成，但还缺少数学上严格的根据，因此，周恒研究并解决了Orr-Sommerfeld方程这一非自伴随方程的特征值问题及展开定理论，证明了展开式是一致并绝对收敛的，又推广了Liapounoff方法，使之能用于连续介质力学。并用它证明了条件稳定性定理，为线性化理论提供了严格的理论根据。同样的问题，美国在1969年才分别由一些知名的研究人员加以解决。但对展开定理，他们只证明是一致收敛，没有证明是绝对收敛。 1980年，周恒开始担任应用力学教研室副主任。1981年，他以访问学者身份到英国帝国理工学院进行为期7个月的访问。在那里，他仅用5个月的时间，就完成了论文《亚临界情况下平面泊肃叶（Poiseuille）流动稳定性的非线性理论》，从而克服了已流行20年的弱非线性理论对线性化问题非中性情况时不好用的困难（在实际问题中都要遇到线性化为非中性的情况）。他提出了一种新方法，利用这一方法，周恒推广了在层流到湍流转捩问题中起重要作用的共振三波概念，使得过去虽有概念，但无法具体计算的共振三波演化得以计算，指出了过去认为平面Poiseuille流中不能应用共振三波概念的说法是不正确的，并与同事合作，利用平面Poiseuille 流为例，通过实际算例，指出另一重要理论——二次失稳理论——和共振理论有可能统一起来。以上几项成果，曾获1985年国家教委科技进步一等奖和1987年国家自然科学二等奖。1984年，《天津日报》以显著位置刊登了“周恒教授对流动稳定性研究有新突破”的消息。我国著名力学家钱伟长说：“周恒同志在非线性理论研究方面有新的突破，沿着这个方面可以做很多工作。”英国皇家学会会员K.斯梯瓦森（Stewartson）认为周恒教授抓住了问题的中心，并取得了突破，因此，他认为中国在这一领域的研究达到了当时的国际水平。 周恒在90年代初期，在将理论用以解决实际问题时，发现斯图亚特的理论体系存在着根本性的缺陷，无法得到与实验相符的结果。他经过深入研究后，提出带有根本性的改进意见，从而基本上纠正了理论上的缺陷。自1991年起，他与一日本学者通信合作以将理论结果与数值模拟结果进行比较的方法考验并改进其理论。1992年他应日本原子能研究院邀请访问日本时，又进行了大量比较，结果证实了新理论的正确性，也证实了原理论在收敛性上的重大弱点及新理论在这方面的优点。1993年周恒访美时在4所大学做了这方面的报告，美国同行都对新理论的结果与数值模拟的结果吻合得非常之好表示惊异。其学生将此理论应用于实际问题的研究上，也取得了与实验相符的结果。不断反思原来科研成就的不足，不因获奖而放弃新的追求，这是周恒致力科学的特色。周恒的主要成就与贡献还有：他把流动稳定性理论应用于湍流边界层内相干结构的研究，与他的学生一起分别提出了边界层底层和外区相干结构的一种理论模型。此项工作已发表了3篇论文，分别刊登在《力学学报》、《科学通报》和《中国科学》上。最近在这方面又有了新的进展，使得这一理论模型，可以在好几方面解释由数值模拟方法发现的相干结构的性质。这也是从来没有人做成功的。他指导研究生研究了柔性壁边界层流的稳定性，这一问题在减阻和减噪声问题中有重要应用前景。他提出了新的计算方法，克服了过去的计算方法中在流体与柔性壁交界处或多层柔性壁分层处位移及应力连续条件不能全部满足的缺点。他的这一工作几乎与国外的相同工作同时发表于不同刊物上。过去大家一直推测弱非线性理论的解收敛半径非常小，但究竟有多小，无人能给出估计。最近周恒在理论上得出了一个估计，证实了这一推测是对的，并提出了改进的方法。1979年至1995年，周恒共在国内外学术刊物上发表了能反映其主要科技成就、有代表性的学术论文20余篇，出国参加国际学术会议并宣读论文多次。还应邀在第四届亚洲流体力学会及第六届国际流动模化及湍流测量会议上做报告。1962年，周恒选择了流动稳定性这一课题。鉴于当时线性理论已基本完成，但还缺少数学上严格的根据，因此，周恒研究并解决了Orr-Sommerfeld方程这一非自伴随方程的特征值问题及展开定理论，证明了展开式是一致并绝对收敛的，又推广了Liapounoff方法，使之能用于连续介质力学。并用它证明了条件稳定性定理，为线性化理论提供了严格的理论根据。同样的问题，美国在1969年才分别由一些知名的研究人员加以解决。但对展开定理，他们只证明是一致收敛，没有证明是绝对收敛。1972年至1978年，周恒参与并实际领导了原六机部441 厂二自由度气体动压轴承液浮陀螺仪的研制。当时，信息闭塞，设备落后，实验手段陈旧。在这种情况下，国内有4个单位从事类似的研制，但都遇到转子马达转动时陀螺仪整体自激振荡的难题。周恒从理论上分析了这一问题，认为这是由气体轴承的动力特性引起的。经过了理论分析及实际计算，提出了正确的轴承结构及参数，在理论和实践上解决了这一难题，受到原六机部科技局及其他研制单位的高度赞扬。其理论成果除在《力学学报》及国际会议上刊登或发表外，已写入与人合作的专著《气体动压轴承的原理及计算》一书中。周恒还与441厂技术人员和工人合作，大胆提出了新颖的结构设计，采用了当时最先进的材料，制成了能运行的陀螺仪样机。70年代中期，我国得到国外名牌惯性导航仪器的备件，1978年拟对其进行技术解剖，先用X光透射技术对其内部结构进行研究，发现内部结构与周恒设计的很相像，于是就把周恒和441厂的同志一起请到某处实地解剖，发现其结构设计的主要方面，几乎全部都与周恒等人的设计不谋而合。1978年后，周恒回到基础科学系，又将主要精力转入流动稳定性的研究工作。1979年，49岁的周恒被破格晋升为教授。