分布式能源与热管理团队怀揣空天报国理想,依托北航航空航天领域优势,长期致力于航空发动机综合热管理、空天动力换热器、先进测试原理与技术、分布式能源核心动力、超临界碳氢燃料流动与换热、涡轮叶片先进冷却技术等六大战略性、前沿性领域的科研攻关与技术创新。团队现有教授3名、副教授3名、助理研究员1名、专职助理3名,博士/硕士研究生50余名。
自团队成立以来,分布式能源与热管理团队秉承“瞄准需求,精谋细耕”的发展理念,主动作为、攻坚克难,科研工作成果丰硕。团队成员获国家技术发明二等奖2项、高等学校科学研究优秀成果奖(自然科学奖)一等奖1项、**科学技术进步奖一等奖/二等奖4项;发表高水平论文400余篇,获批国家发明专利70余项。
团队渊源
航空航天技术代表着一个国家科技水平的高低和综合国力的强弱。在中华民族自信而坚定地走向世界舞台中央的历史进程中,一代又一代航空航天科研工作者心怀“国之大者”,潜心科研攻关,勇攀科技高峰,推动我国在这一尖端科学领域实现一个又一个突破。
脚踏实地为我国航空事业干点事儿——2016年,徐国强、闻洁和全永凯决定正式成立分布式能源与热管理团队。
社稷苍生念,拳拳赤子心。成立伊始,分布式能源与热管理团队坚持以航空报国为己任,秉承“瞄准需求,精谋细耕”发展理念,立足航空发动机基础研究,投身国家航空航天事业。五年来,付衍琛、董苯思、张丽娜、孙京川、佟晓丽、梁泓淼、宋增萍先后加入,不断为团队注入新的活力。
坚持党的领导,凝练团队团魂。分布式能源与热管理团队始终坚持中国共产党的全面领导,以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,弘扬空天报国精神,厚植家国情怀。出生于河北承德的徐国强老师,骨子里透着科学求实、无私奉献的塞罕坝精神,带领团队跟随习总书记的脚步,两次前往机械林场体会学习塞罕坝精神,坚定团队理想信念,铸牢初心,激励团队面向国家重大战略需求,对标世界科技前沿,争做航空发动机基础研究领域披荆斩棘的排头兵。
多年来,分布式能源与热管理团队先后牵头承担多项国家科技重大专项及条件保障、973课题、MJ科研等国家级课题。依托北京北航沙河校区(标志性平台)、洛阳航空航天产业园(产学研基地)、杭州余杭研究院(前沿探索基地)三大基地,建设航空发动机综合热管理半物理多部件协同仿真数字化平台、航发热管理部件稳/瞬态流动与传热性能测试平台等一批一流实验设施,开展前沿基础科学问题研究,力求突破并掌握热管理“卡脖子”核心技术。
人才培养
十年树木,百年树人。中华民族的飞天梦想在一代又一代航空航天人的接续奋斗中愈发清晰。步入新时代,中国的航空航天事业,更需要有高素质、专业化的一流人才队伍。
成立以来,团队坚持践行立德树人理念,厚植航空情怀,通过全面覆盖本科核心专业课程、本科实验课程以及研究生专业课程的教学内容,将“空天报国”的理念播撒于每一位学生心间,为国家培养爱党爱国、知行合一、淡泊名利、皓首穷经的科技人才。
徐国强教授作为团队的领军人物,从教30余年,在三尺讲台上践行报国之心、育人之志。他所讲授的《传热学》是北京市精品课程,深受广大师生喜爱;他教书育人,桃李满天下,培养出一支8人青年传热学教学团队。如今,团队培养的学生遍布航空航天主机厂所,包括北京航发集团顺义研究院、成都624所、沈阳606所、株洲608所、上海商发、北京航天科技一院五院、航天科工三院、上海商飞等。在红色基因的牵引下,毕业生继续投身国家航空航天事业,贡献自己的薪火力量。另有不少毕业生继续在海外深造,学以致用、报效祖国。
尽职尽责育人育德的同时,团队还坚持用心用情关爱学生,为学生提供优质的科研资源,让大家拧成一股绳、铆足一股劲、心往一处想、劲往一处使。团队科研方向遵循“一条主线、多个分支”,学生进组后充分尊重其科研偏好,选其所爱;分属三地的十余台套科研平台、加工配套中心、多组服务器及超算平台,全链条提供科研条件保障;每年为每一名学生购买独立保险,保证学生日常及出差安全;除基本补助,还提供派驻、差旅及突出成果奖励等多维补助;支持鼓励学术交流、国外联合培养等,积极为学生指导并推荐就业;团队年轻教师分布各小组,想学生所想,疏学生所忧。
团队文化
文化兴、国运兴,文化强、民族强。文化是一个国家、一个民族的灵魂,更是一个团队的精神内核。
成立以来,团队一直在追问和思索:我们成立团队的目的是什么?我们能为国家航空航天事业发展做什么?团队如何实现可持续发展……。一系列探索凝练后,最终形成了今天十六字的团队文化——牢记使命,作风扎实,勇于担当,持续创新。
牢记使命:初心如磐,孜孜不倦攻坚
航空发动机是国之重器、国家战略,助力航空发动机发展是国家赋予的职责和使命。成立之初,“热管理”这一关键技术还停留在表象探索阶段,团队决心从国家重大战略出发,瞄准行业痛点,发挥自身特长开展技术攻坚。
通过与各大院所深入交流和团队内部不断迭代,团队航空发动机热管理研究的思路不断明确,即:定位于飞行全包线,通过统筹分配全速域/空域/时域下整机系统中各股能流,同步评估关键部件的热环境,实现整机层面的能量高效利用和安全可靠工作,最终形成“整机—系统—部件”多层级航空发动机热管理体系。
短短几年,从0到1,孜孜以求。团队掌握了航空发动机多热力循环关联机制及控制参数影响规律,形成了全速域/空域/时域内发动机整机稳/瞬态能流匹配方法和基于启发式算法的发动机能流网络求解方法,逐步建立了多维度发动机能量利用系统评价体系。
知行合一,学以致用。面向飞行任务需求,团队积极推动基础研究成果落地实践。基于理论与计算分析,首次多维度解析了冷却冷却空气方案(CCA)的技术优势,证明了方案“更高、更快、更远”的飞行性能;面向未来全任务内复杂多变工况设计需求,探索热管理方法和技术,将在未来若干年内支撑航空发动机全飞行任务内能流方案评估、关键换热装置性能/强度设计及验证、典型热端部件瞬态特性快速评估等关键需求的实施。
作风扎实:严谨务实,功力必不唐捐
“把事做实”——这是团队领路人徐国强教授最常说的一句话,更是其行事作风最鲜明的个性。在某型号发动机预冷冷却用气-油换热器工程样机研发过程中,面对着苛刻的应用指标,每一名团队成员都承受着重压。每每遇到困难,基础与工程经验丰富的徐国强教授都会和大家一起研究技术细节,与一线工程师深入沟通,不断迭代进行技术攻关。在废品率极高的真空焊接与振动测试两个环节,团队经历了无数个至暗时刻,在不断改进、试错中摸索前行,闻洁老师和全永凯老师更是长期驻扎现场。在全员共同努力下,历时一年半突破技术瓶颈,完成了国内首台组合动力换热器工程样机的交付,通过了120分钟23g功率谱密度耐久振动与验证机地面最大状态考核,赢得了需求方高度赞誉。
在过去的一年中,团队先后完成了具备降低超高冲压空气1300K的冷却能力及≮40000 kW/m3的高紧凑度燃油-空气换热器样机研发工作。去年受疫情影响,洛阳产学研基地厂房工期严重滞后,团队不得不在尚未安装窗户及保温设施的厂房中开展研发工作。寒冬腊月,闻洁老师坚守实验现场近1个月,常与研发团队一起工作到深夜一两点。课题测试完成后大家激动击掌的瞬间成为了团队2020年冬天最温暖的记忆。
面对高超声速飞行器“多热少电”关键矛盾,团队充分利用飞行器冲压空气、燃气及油气等介质实现无旋转机械条件下的电力供给。在某型号冲压空气涡轮发电样机的研发过程中,由于航空煤油存在结焦、裂解甚至爆燃危险,如何安全稳定地发挥其在1200K高温环境的冷却效能成为一大难题。在徐老师的总体指导下,董苯思老师带领项目小组,通过与各领域专家交流研讨,逐一击破气动、传热、机械等方面的难题,创新性提出了基于航空煤油的高温空气涡轮冷却及密封可靠设计方案。该样机完成试制后,在疫情期间克服重重困难通过了55000RPM的冷吹测试,测试结果得到需求方的高度评价,为进一步落地转化奠定了坚实基础。
勇于担当:迎难而上,无惧科研难题
一切伟大成就都是接续奋斗的结果,一切伟大事业都需要在继往开来中推进。为进一步提升我国航空发动机和燃气轮机行业的自主创新能力,党中央国务院批准设立了国家科技重大专项并于2017年启动基础研究项目。团队第一时间提出申请,获批牵头2项基础研究项目,另参与5项。
团队重点攻关的一项是超临界传热与燃烧耦合等基础科学问题,解决未来高性能航空发动机超高涡轮前温度下的部件热防护难题。面对国外技术封锁、参考资料少之又少的困境,全体成员依靠扎实的发动机基础知识储备,反复研讨,最终形成了耦合方案并提出了验证的技术路径,为未来航空发动机性能提升开拓了崭新的思路。
与此同时,团队还积极承担国家重大基础科研平台建设,建设中的拥有国内顶尖指标的传热燃烧耦合试验装置,可在航空发动机近真实温度、压力范围内,验证气-气、气-煤油换热器的综合性能,支撑未来高性能航空发动机热防护方案设计。
在洛阳产学研基地自主设计并建设有超高温纯空气换热/发电一体化测试平台、小流量超高温纯空气换热测试系统、高旋转数典型内冷单元流动传热实验平台等,可实现1650K与1220K两个级别的高温空气稳定供给,平台群关键指标国内领先,与国内科研院所的其他平台形成互补优势。
持续创新:传承底色,创新引领发展
创新是社会发展与进步的不竭动力。高校是社会创新的主体,科研团队是高校创新的基石。没有创新性基础理论成果、缺少可转化为现实生产力的应用技术成果,文章再多、经费再多,也不能占据世界科技的制高点。
分布式能源与热管理团队始终坚持创新驱动发展,注重创新氛围营造,鼓励年轻教师走出去,多学习、多交流,开阔视野、拓展思维,激发创新活力。近几年,团队以创新思维引领研究方向。针对高温/高压/高旋速/复杂几何构件表面瞬态温度场精确测试需求,全永凯老师在国内率先开展了基于涂层光谱效应的高温固体表面瞬态温度场测试新方法研究,获得了固体温度对稀有元素激发/发射特性的影响规律,揭示了涂层内激发光和荧光的产光、消光的物理机制。在杭州创新研究院(余杭)的支持下,建设了非接触式高精度磷光测温光谱分析实验室,初步完成了测温原理验证,力求最终形成适用于航空发动机热端部件表面温度场瞬态测试的新理论、新方法。
此外,团队还积极探索“老树发新芽”,在传统优势领域续写新篇章。针对高超声速飞行器进气预冷和主动热防护对碳氢燃料高热沉及其释放规律的需求,付衍琛老师融合传热学机理与化学反应原理,紧跟学科交叉前沿与国家重大战略需求,开展了超临界压力下碳氢燃料裂解流动换热机理和裂解化学热沉释放规律研究。探索了多因素耦合对热沉释放的影响规律,分析了非稳态及第三类边界条件影响燃料裂解反应起始温度、反应速率和总热沉的调控机制。基于研究成果及深度预冷需求,设计研发了可充分发挥燃料热裂解热沉的微细管束碳氢燃料裂解换热器。目前正在结合高精度实验测试技术和数值模拟技术,力求形成可用于高超声速飞行器主动冷却的高效冷却结构,建立超临界压力碳氢燃料流动、换热和热沉释放理论体系和数据库。
谋划未来,瑞雪兆“丰”年
精谋细耕,共创未来。2021年11月7日,北京迎来了今年的初雪,分布式能源与热管理团队全体教师召开了谋划“十四五”发展规划的团队内部建设研讨会。徐国强教授重拾2018年首次团队研讨会“精谋细耕 共创未来”的主题,点评了团队近两年所取得的成绩,结合当前发展大趋势,制定了团队“十四五”发展目标。会上,团队成员各抒己见,就团队组织模式、个人学术发展、激励机制等多方面核心问题进行了激烈讨论,最终达成了一致共识。此次会议进一步提升了团队的凝聚力、向心力,大家共谋团队发展新蓝图,寄翼携手共谱航发事业新篇章。
征途漫漫,惟有奋斗。在中华民族意气风发开启第二个百年奋斗目标的崭新历史方位,分布式能源与热管理团队将依照党中央号召,无愧使命担当,埋头苦干、勇毅前行,继续承担起时代赋予科研工作者的使命与责任,服务国家重大战略,对标世界科技前沿,坚持航空报国与创新驱动,潜心研究航空发动机基础科学,脚踏实地为我国航空事业干点事儿,为提升我国航空发动机自主研发能力贡献更大力量。