以匠心助推国之重器翱翔天空,南京航空航天大

2019-11-22 13:30栏目:航天科学
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以匠心助推国之重器翱翔天空

在1月8日的国家科学技术奖励大会上,徐惊雷教授团队的“新型发动机非常规排气系统设计方法及关键技术”获得国家科技进步二等奖,这项助力我国高超声速飞行器研究迈入世界先进行列的重要技术,背后凝结的是徐惊雷教授18年甘于寂寞、厚积薄发的匠心和心血。

2017年,《美国航空周刊》在介绍中国高超声速飞行器的发展时,选择他们团队的研究成果作为中国在排气系统方面的代表性工作进行了介绍。

排气系统是航空航天推进器的重要组成部分,对其推进效率、工作范围等均有重要影响。针对高速、宽范围航空航天推进器的排气系统设计难题,能源与动力学院徐惊雷教授团队在国家相关科技工程以及国家自然科学基金等的大力支持下,经过18年的基础研究和关键技术攻关,终于突破了系列关键技术难题,创新性地提出了多种复杂三维非对称喷管型面的设计方法,并解决了全速域飞行器所必需的组合循环发动机排气系统关键技术。该成果具有重要的科学研究和国防应用价值。

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现代控制系统日趋大规模、复杂化,其中的仪器越来越精密,一旦发生故障,首先系统性能会大幅度下降,更严重的是发生事故甚至灾难,产生的经济和社会损失将不可计算。如大型客机、高铁,传感器、执行器多达几百个甚至几千个,在飞机高铁的运行过程中,一旦发生故障,如何在高速运行中快速识别、判断并解决故障,是一项世界级的难题。

徐惊雷说,他也一度动摇过,但是他看准了高超声速飞行器排气系统的研究方向,坚信虽然一时不受重视,只要坚持下去,终究有用武之地。果然,到数年之后,高超声速成为航空航天的战略发展方向和各国竞相研究的热点。作为高超声速飞行器发动机的关键部件,排气系统所面临的特殊难题逐渐显现,已经在该领域进行了八年研究的徐惊雷团队,终于迎来了施展拳脚的机会。

随着研究的深入,他和他的团队克服了一个又一个难题,使得排气系统的性能不断完善和提高。比如,他们提出的一种三维非对称喷管的设计方法,所得性能与通常通过优化理论得到的结果相当,但是所耗时间由30多个小时减少为几分钟,从工程应用来说,这是一个巨大的进步。

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龙虎网讯 2019年1月8日上午,2018年度国家科学技术奖励大会在京举行。南京航空航天大学荣获国家自然科学二等奖1项,国家科技进步二等奖1项。姜斌教授团队的“动态系统故障诊断、鲁棒与容错控制”荣获国家自然科学二等奖,徐惊雷教授团队的“新型发动机非常规排气系统设计方法及关键技术”荣获国家科技进步二等奖。

姜斌科研团队的研究成果已成功应用在航空、航天、高铁等领域。在国产大飞机C919开始研制之初,中国商飞公司就和南航合作研制一个用于故障诊断的专家系统,未来有望为大飞机“保驾护航”。在南航自主研制的天巡一号微小卫星,他的科研团队也进行了系统实验,实现故障的诊断和可靠控制,较大地延长了卫星的在轨运行寿命。在高铁领域,近年来姜斌团队作为主要研究单位之一,承担了国家自然科学基金重大项目课题,着眼于提高高铁运行的安全性,解决高铁追尾的安全隐患,减少高铁故障的误报率。

1999年底,徐惊雷从西安交通大学博士毕业后来到南航,他选择了高超声速飞行器的排气系统为主要的研究方向,而那时国内的发动机研究大多集中在进气道、燃烧室方向,排气系统的研究相对冷门,在国内不受重视、缺少经费支撑,长途出差的火车硬卧都舍不得买,20多小时的车程硬是坐下来的。

随着航空航天科学技术的发展,先进飞行器层出不穷,飞控系统的特性日益复杂,高效的故障诊断与可靠容错控制是保证飞行器在故障情况下具有高性能和高可靠性的关键问题,也是国际控制领域的研究热点和难点。

为控制系统装上安全运行的大脑与慧眼

南航自动化学院姜斌教授团队经过十余年的不懈努力和协同攻关,围绕故障诊断与可靠容错控制及其飞控应用的若干核心基础问题进行了深入研究,取得了关键性突破。该成果建立了较为系统的动态系统故障诊断与可靠容错控制理论体系,对丰富和发展动态系统的故障诊断与可靠容错控制理论,推动我国航空航天可靠控制技术创新具有重要的理论意义和国防应用价值。

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