主动人生 追求卓越——记浙江大学能源工程学院教授郝志勇

2015-08-24 02:29
科学中国人 2015年34期
关键词:镁合金内燃机汽车

本刊记者 王 涵

郝志勇工作时做的是内燃机现代设计方法、汽车振动噪声控制、数字信号处理技术的教学与科研,闲下来的时候就是球场核心和百米冠军。他喜欢用生活中的故事讲述国际先进的“中国技术”。

归国——开启研究新方向

“我在西安交大读的本科和硕士,在天津大学获得博士学位,在英国南安普顿大学ISVR完成了博士后研究;先后在西安交大、天津大学和浙江大学任教直到现在。我最初并不懂得如何选择职业,是西安交大的肖永宁老师让我留校,从此便走上了高校教师的职业生涯。并从适应到喜欢,逐步开始了自己的主动人生,这算是我人生道路上的一个分叉口。”郝志勇简单地介绍自己。

但是,郝志勇的人生轨迹中最重要的一次转折发生在博士毕业后的博士后研究阶段。作为英国皇家学会奖学金的获得者,郝志勇远赴英国南安普敦大学进行博士后研究。英国南安普顿大学声学振动研究所(ISVR)是全球公认的研究声学振动最强的研究所,研究所有5个研究部门,每个部门都有国际顶尖的研究大师。

郝志勇最先进入的是Pried教授创立的汽车组,并在这里学习了最先进的汽车与发动机噪声控制技术,奠定了他回国后开展汽车与发动机噪声控制研究的基础。后期他又与Elliott教授合作开展了弹性波主动控制的研究,这项研究在20世纪90年代初是非常前沿的。

郝志勇回忆,“当时,英国、美国和澳大利亚是最早研究结构弹性波主动控制的3个国家。他们在弹性梁结构的实验中实现了弯曲波和压缩波的主动控制”。从那时起,郝志勇就对弹性波的主动控制产生了浓厚的兴趣,并根据他从事动力机械研究的特点创先开展了轴系扭振弹性波主动控制的研究。郝志勇说:“弹性波主动控制系统的三要素是传感器、控制器和执行器,其中最难得的其实是执行器。因为,控制扭振波需要有一个能产生同样波的可控装置。”很巧,他在国内时就已经发明了一种电磁式扭振激励装置,可以产生出频率和幅值可调控的交变电磁扭矩,可以按照控制要求在轴上产生一个交变的阻振扭矩去“截断”扭振弹性波的传播。这项研究,在郝志勇回国后先后获得了3项国家自然科学基金的资助,并培养了4名博士研究生。

从英国学成归国后,郝志勇注意到,国内外先后出现过多起大型汽轮发电机组突发故障,均因为没有迅速有效的控制措施而造成了重大人员伤亡和财产损失。“汽轮发电机组轴系在突发电路故障的冲击载荷作用下会出现剧烈抖动,2秒钟之内轴就可能断成很多节。这就像两队人在吃力地拔河,突然一队人松手了,那么另一队人就得摔倒了。类似这样的事故,就需要主动控制”。郝志勇很兴奋,他的扭转波主动控制技术找到了用武之地,并在以后的实践中得到了应用。

之后,从发电机组到动力机械设备再到汽车,他们“战功卓著”——20多项国家和省部级科研项目、40多项企业工程项目、6项科技进步奖、4项发明成果奖,200多篇学术论文……

研究——一生攀登在险峰

在郝志勇的脚下,有一片他深爱着的土地,那就是他的祖国。内燃机的发展落后发达国家近1个世纪,他着急;高速列车的关键技术被发达国家控制,他心急;新型工程材料在汽车上的应用与开发问题亟待解决,他更急……

CAE技术是内燃机现代设计方法的核心内容。内燃机诞生于19世纪,传统的内燃机设计开发依靠的是经验和数据库。如果依靠传统的方法,国内的内燃机设计水平永远也赶不上国外。从上世纪末开始,内燃机现代设计理论和方法的研究迅速发展起来。受到设计方法革命的影响,1987年,郝志勇率先在国内开设了内燃机现代设计理论与方法 的研究生课程;1996年,他在国内开创了内燃机现代设计理论与方法以及发动机噪声控制研究博士生培养方向,并在以后十多年的时间里在研究和推广内燃机数字化设计方法上倾注了大量的心血。

“如果有了数字化设计开发平台,内燃机很多的结构分析、性能预测以及新产品开发都可以通过CAE技术在计算机上完成,我们用10年甚至更短的时间,至少在结构设计上就可以与国外站在同一起跑线上”。2003年至2004年,郝志勇成功地参与策划了我国第一个内燃机数字化设计开发平台建设的国家科技计划重大项目。近十年来,他和团队成功完成多项内燃机CAE设计开发的工程项目,建立了多项内燃机和零部件数字化设计技术规范,为企业培养了数十名CAE工程师,为我国的内燃机CAE设计开发技术的发展做出了重要的贡献。

汽车的NVH性能是衡量汽车品质的一个综合性指标,它不仅给予汽车用户最直接的身体感受,而且与汽车零部件的强度和寿命有直接的关系。在NVH研究方面,郝志勇带领团队在国内完成了第一台柴油机整机降噪、第一台农用单缸机降噪、第一辆摩托车和第一台工程机械平地机的降噪项目。他们先后对多个机型的发动机进行了低噪声优化设计,降低整机噪声2~4分贝,相关技术达国际先进水平。他们还完成了2个车型的整车降噪研究,降低汽车通过噪声2~6分贝,取得了很好的经济效益和社会效益。

高速列车,中国是走在世界前列的,但是减振降噪的关键技术还在国外。2011年,郝志勇成功地参与并策划了高速铁路减振降噪关键技术研究的国家“863”重大项目。他和团队运用数字化建模和虚拟仿真技术,将高速列车在受到轮轨、空气动力、受电弓和转向架振动激励后产生的车内噪声分布和大小预测出来,然后进行优化改进,降低噪音,提高乘坐高速列车的舒适性。目前,他们的高速列车减振降噪CAE分析与改进设计已经通过了项目验收。

镁合金,中国是世界最大的镁储量国、生产国、使用国和出口国,是一种具有国家特色的工程材料。镁合金的重量只相当于钢的1/4、铝的2/3,而它的机械性能接近于铝。郝志勇很难忘记国外高价卖给中国铁矿石,进而几乎控制中国材料价格的经历。镁合金这一工程材料快速成熟起来,成本就能更多地降下来。“如果能在汽车上大量应用的话,就可以在很大程度上降低镁合金的成本,并拉动镁合金产业链的发展,对我国的经济建设与发展是十分有利的”。为此,一个由中国、美国、加拿大三国政府发起立项并资助的“镁质车体前端研究与开发”国际科技合作项目从2007年开始了卓有成效的研究。该项目包含的8个课题基本涵盖了镁合金汽车应用要解决的主要问题。郝志勇作为中方NVH任务的负责人承担了镁质车体NVH性能方面的研究。项目开展了8年,取得了非常丰硕的成果,这些成果为镁合金在汽车上的大量应用铺平了道路。

因为深爱着脚下的这片土地,郝志勇在科学研究的险峰上攀登。

为师——“activate”VS“innovate”

在郝志勇的生命里,几十年的人生路是一天一天累积起来的,而他的每一天是分割成上午、下午和晚上3个时间单元来做学问和搞研究的。当然,对于爱玩的他来说,每周也少不了拿出一两个单元来开展体育活动,而且,他跑步是大学的百米冠军,踢球是单位的足球先生,“在大学里招呼一声,很多学院的人都会来一起玩的”。因为在这方面他也是领军人物。

说起他的学生,郝志勇满脸的自豪,“我已经培养了80多个研究生,现在都是这个学科领域的技术骨干,有些已经成为本单位的学术带头人”。在培养学生的过程中,郝志勇有一个理念,“activate”VS“innovate”。“学生的兴趣是很关键的。一旦学生对研究有了兴趣,他们会主动钻研的。我一直在跟学生强调‘active’的重要性。以前,我在国外学习的时候,老外就说我很‘active’,很主动地想出很多事来做”。

主动性优先于创新性,这是郝志勇的观点,“没有主动性就很难说有创新性。你只有主动去做,才可能有创新。当然,要想成功还需要有坚韧不拔克服困难的精神”。他经常跟学生说:“你们都是中国一流大学培养出来的人才,是在十几亿人当中选拔出来的精英。你们要有责任感和使命感,国家有很多重要的岗位和重要的任务你们不去承担还指望谁去承担”。

“咱们国家现在是应试教育,学生做事需要老师引导,老师教的都会做了就是好学生。在这种培养模式下,很多学生虽然成绩很好,但创新性差,后来很难有大的作为”。针对这种情况,郝志勇对他的研究生的做法是:在初步了解和观察后,给学生初步确定一个研究方向,培养他们对相关研究的兴趣,开展相关理论和技能的训练,并逐步承担研究课题,通过完成科研任务把他们送上独立从事科研工作的道路。对于个别优秀的学生,也会让他们在导师的研究领域里选择自己感兴趣的研究,并逐步上升为学位论文课题。郝志勇说:“我的任务就是最大限度地把每个学生的潜力挖掘出来”。

栉风沐雨,花香满园。几十年如一日,培养学生、矢志研究,郝志勇就是这样主动地发起、承担并完成一个又一个的教学和科研任务,在为国家培养高层次人才的同时,也为国家的科技进步做出了自己独特的贡献!

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