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王彬文: 让飞机强度“恰到好处”

来源:科技日报    时间:2020-07-01    

       人物档案

  王彬文,1974年10月生,飞行器强度专家,现任中国航空工业飞行器强度领域首席技术专家、中国飞机强度研究所所长。长期从事飞行器强度领域基础技术研究、核心能力攻关,在重大飞机型号研制中立功8次,主持完成重点预研课题、核心能力攻关和重大型号研制项目数十项,获国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步奖6项、国家级管理创新成果奖2项,获第五届冯如航空科技精英奖、第二届全国创新争先奖状等荣誉。

  载客233人的俄航客机紧急迫降玉米地、萨利机长遭遇迁徙的大雁群迫降哈德逊河面……大多数人或许只关注这些新闻事件本身,而王彬文他们却“纠结”于新闻背后的科学问题——着陆冲击、应急坠撞、飞鸟撞击、全机落震等等。

  “让飞机飞起来很难,安全落下来更不容易。” 王彬文举例说,起飞时跑道上的砂石,飞行过程中突遇的鸟类、冰雹,还有降落时地面对起落架的冲击……生活中很多看似不起眼的现象,但在较高的相对速度下,却是结构冲击领域要解决的问题。

  王彬文带领团队创新性构建了航空结构冲击动力专业体系,解决了该领域一个又一个关键技术难题。作为中国航空工业飞行器强度领域首席技术专家、中国飞机强度所所长,近年来,他主持完成了重点预先研究、重大型号研制和核心能力建设项目数十项,在大型客机C919、大型水陆两栖飞机AG600研制中任强度试验联合指挥部总指挥。前不久,他还荣获第二届全国创新争先奖状。

  “我们要确保飞机以最小的重量代价应对服役过程中可能存在的破坏挑战,这涉及到安全性、可靠性、经济性和舒适性等要求,强度是破坏与维护博弈的最佳平衡。”他这样阐释飞机强度科研工作。

  实验室旁搭养鸡场, 自主研制国际领先的鸟撞实验系统

  结构冲击实验最典型的是鸟撞实验。2007年以前,国内的实验条件有限,要想按照国际规范要求进行一次系统性鸟撞实验只能去国外。王彬文对这一现状深感无力,决定带领团队自主研制一套具有国际领先水平的鸟撞实验系统。

  “鸟撞实验要求严、难度大、风险高,40个大气压的高压、60吨的冲击力、100—300米/秒的速度、2%的速度正偏差,光听这一串数字你就可想而知其难度。”王彬文告诉记者,气炮系统、控制系统和鸟弹制作是研制鸟撞实验系统三大关键技术,个个都是需要解决的问题。

  “核心是要攻克鸟弹制作工艺,设计合理的弹壳和弹托,使系统在一定状态下发射出弹道稳定和速度精准的鸟弹。”王彬文告诉记者,万事开头难,刚开始实验数据少,他们就夜以继日地置身于高压系统旁,不断发射鸟弹进行测试,通过深入分析实验数据甄别出关键参数,建立系统控制模型。为此,团队进行了数千次的研究探索,每次要将活鸡致死后,再制作成鸟弹,并在40分钟之内高速打出去,撞击到模拟飞机的结构体上,冲击后现场骨肉碎屑满天飞。王彬文和同事们每天都要做很多次这样的实验,由于活鸡需求量较大,为了提高效率,他们就在实验室旁边搭起了养鸡场,养了一群精挑细选符合要求的“鸟弹”鸡。

  那些日子,面对一个个难关,王彬文一头扎进实验室,一遍遍调整参数,一次次优化结构。撞击声不时传来,血腥气经久不散,就在这样的实验环境下,他们潜心钻研,最终研发出一套国际领先的鸟撞实验系统。后来,王彬文还带领团队构建了真实鸟体的本构模型,研制出本构精准的仿真鸟弹,为抗鸟撞研究、设计和验证提供了强有力的支撑。

  鸟撞实验系统只是王彬文的“代表作”之一。多年来,他带领团队攻克了飞机结构坠撞和全机落震等世界性难题;创建了飞机气候适应性、高超声速飞行器多物理场耦合等国际前沿实验能力,填补了国内空白;还给强度分析插上了“智能翅膀”,首创全机强度物理与虚拟实验并行融合新模式,构建了基于确认与校验的全生命周期数字强度体系,为强度数字化、虚拟化、融合化和智能化研究打下了坚实基础。

  这些研究成果相继被应用于四代机、大型运输机和大型客机等重大飞行器研制中,为这些飞行器的研制发挥了重要的支撑性作用。

  懵懂少年树凌云之志, 航空人薪火相传造大国重器

  “儿时关中平原的冬季,放学回家的路上,与小伙伴们在一望无际的田野里一路狂奔,一番打斗后,气喘吁吁地躺在麦地里,看着蓝天白云、翱翔而过的战机……”王彬文说,那时他就想看看更高更远的天,懵懂少年的凌云之志由此而生。

  1997年,王彬文从南京航空航天大学飞行器设计专业毕业。23岁的他放弃了北京、上海的就业机会,毅然回到梦想开始的地方——老家陕西,来到强度所工作。

  20世纪90年代中期,国家航空领域飞机型号研制和预先研究任务非常少,航空科研机构很难留住人。往往职工干一两年,便经不住时代潮流的冲击,要么自己创业,要么转投外企。而他却一头扎进结构振动、气动弹性等领域,一干就是23年。

  “我刚到强度所每月的工资是220元。”不过,他入职没多久,就赶上了多项重大飞机型号研制任务,时间紧,任务重,彼时国内在飞机强度领域多个专业却是刚刚起步。先进的武器装备,全新的设计理念,新材料,新工艺,复杂的服役环境,严酷的极限载荷,都是摆在他面前的“拦路虎”。白天跟着师傅们学技术、做研究、看文献,晚上按照前辈们的指点系统性学习理论、标准、规范和手册。“根本没时间去想跳槽这些杂七杂八的事儿。”他说。

  “我始终认为大国必须要有重器。”王彬文说。正是为了这一大情怀,几代航空人前赴后继、薪火相传、开拓创新,使我国航空工业实现了跨越式发展。

  时隔多年,有一件事让他记忆犹新。

  1997年的9月,王彬文所在团队受命前往成都参加我国某型战机首飞前的全机地面振动实验,这是评估飞机能不能飞的“金标准”之一。然而,运输途中,运送测试设备的车却翻了,设备损坏了,到了成都,大家连口水都没顾上喝,一头钻进设备室里排除故障。当时需要在地面模拟飞机飞行时的状态,地面的油泵车全天24小时打压,轰隆声震耳欲聋。在这种高噪声环境下,王彬文他们在飞机全身贴上传感器,布置好数十台激振器,进行模态参数分析。由于时间紧迫,大家昼夜两班倒,每班干12小时,时任强度所所长王凤山与大家一起测数据,做分析,熬通宵,几天下来,嗓子嘶哑得几乎说不出话。

  “前辈们将接力棒交到我们手上,我们就必须薪火相传、继往开来、不断开创强度事业发展的新局面。”王彬文说。回首过去二十年,从歼10和歼15到歼20,从运20和C919到AG600……他和众多航空强度领域工作者为一架又一架的新型飞机成功研制而千锤百炼,托举着这些承载国家实力和民族希望的雄鹰展翅高飞。

  过之则拙欠之则险, 他对“强度”有自己的定义

  王彬文在飞机强度领域摸爬滚打了23年,当被问及其对行业的理解和感受时,他说:“强度就是研究对象在设计状态下保持其目标品质的能力。”这是他自己对“强度”的科学定义。

  “强度是最符合东方哲学中庸之道、和谐统一的专业,强而有度,张弛有道,从狭义的机械力到广义的自然力,强度专业的发展始终充满着生命力。”下午柔和的阳光从窗子中洒进来,照到他的脸上,说这话时,他眼睛里有光,就像是在对专业的热情表白。

  “《礼记·中庸》中讲‘中立而不倚,强哉矫!’,《道德经》中讲‘知人者智,自知者明。胜人者有力,自胜者强’。这些都是强度的哲学阐述。”在王彬文看来,科学是一门艺术,强度专业更具韵味,从哲学意义上讲,度是万物之灵魂,对强度而言,度是永恒之追求,过之一分显拙,欠之一分则险!从艺术与灵魂、韵与恒的角度诠释强度,是专业的最高境界,强之韵与度之恒是强度人永恒的追求。

  强而有度,刚柔并济,这何尝不是他的人生写照?他就像是一位攀登者,兢兢业业地为国产飞机的研制攻下一个又一个“强度山头”。如今他正带领着千锤百炼的高水平团队,向着下一个高峰进发。

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