科技创新不渝志 逐梦航空发动机——记北京航空航天大学能源与动力学院副教授张伟昊

孙雅琴

航空工业被誉为“现代工业的皇冠”，而航空发动机则是“皇冠上的明珠”,是国家综合实力的重要标志之一。航空发动机是一种技术含量极高的工业产品，其制造成本占整架飞机的20%～30%，飞行器划时代的突破，都直接与航空发动机的技术进步有关系。

在北京航空航天大学能源与动力学院副教授张伟昊看来，航空发动机是当今世界上最复杂的、多学科集成的工程机械系统之一，涉及气动热力学、燃烧学、传热学、结构力学、控制理论等众多领域，需要在高温、高压、高转速的严酷条件下工作，并满足推力／功率大、重量轻、可靠性高、安全性好、寿命长、油耗低、噪声小、排污少等众多十分苛刻而又互相矛盾的要求。扎根航空发动机研究的关键一环，张伟昊主要从事航空发动机热力循环、航空燃气涡轮内部流动与换热机理、涡轮气动设计技术、实验测试技术等研究。

科技创新不渝志，逐梦航空发动机。张伟昊一直在用科学为航空发动机技术的发展保驾护航。

以梦为马的科研创新之路

张伟昊出生在一个知识氛围浓厚的家庭。因为母亲是一名中学教师，从小家里各类杂志期刊数不胜数，其中更不乏军事类的刊物。幼时张伟昊最爱做的一件事情，就是和亲戚家的小孩一起共享刊物，并在耳濡目染间对航空航天领域萌生了巨大兴趣。

从小到大，优秀一直与张伟昊如影随形。高考时，优异的成绩也让他有了更多的选择权。“虽然当时的高考分数完全能够选择报考北京航空航天大学最好的专业，但当时心底的声音一直在告诉我：一定要学习发动机相关专业。”张伟昊说。而父母也十分尊重他的决定，并鼓励他在自己喜欢的专业上努力学习，积累经验。

从本科到博士，张伟昊在北京航空航天大学度过了自己珍贵的青春时代。在多年的学习、积累下，他于2013年6月顺利获得了流体机械及工程工学博士学位，并在此之后顺利进入了北京航空航天大学力学博士后流动站工作。从博士到博士后，张伟昊先后师从陈懋章院士、邹正平教授、李椿萱院士从事科学研究，老一辈科研工作者治学严谨，对待科研热忱的态度，给张伟昊留下了深刻印象。“有些院士年过70还扎根在科研一线，给我们年轻人做出了良好的表率，这些精神都是我们需要学习的。”张伟昊说。

从本科到博士后，张伟昊在北京航空航天大学度过了十几年的科研时光。“这些年来，不管是科研思路还是解决问题的思路，基本上都是集中在团队内部进行的。”他说。为了能够拓宽自己的科研视野与研究思路，张伟昊于2014年5月前往香港大学机械工程系从事研究工作。

张伟昊

在香港大学的一年时间里，张伟昊除却参与航发项目之外，还参与到了流体机械的项目中。在这一过程中，他接触到了不同的企业，且有机会前往华为等相关企业基地进行定期交流。这些经历让张伟昊产生了很大的感触，并让他学习到了大型企业行走在科技前沿的同时，怎样更好地将科学技术落地生根，为他今后科研工作的开展奠定了坚实的基础。

科技助力祖国航空航天

“航空发动机领域可能与其他领域有所不同，其研究成果是以5年、10年为周期的。”张伟昊说。在他看来，航空发动机之所以重要，是因为很多国家根本不具备研制航空发动机的能力，主要原因是，航空发动机集成了现代工业中的很多尖端技术，系统设计非常复杂，航空发动机和国家的冶金、橡胶、石化、轻工、电子、机械等基础工业部门关联度很高，它的制造衡量着一个国家的综合工业能力。

作为一名航空航天研究者，张伟昊时刻在提醒着自己要甘于寂寞，在航空发动机研究领域不断攻关，用科研技术服务于祖国的科技发展。

大涡模拟是近十多年来发展起来的研究湍流运动的一种重要手段，它为研究许多流动机理问题提供了更为可靠的方法，在航空发动机领域也有着十分重要的应用。在此之前，张伟昊的师兄成功研发了大涡模拟的程序。在这一基础上，张伟昊考虑到了换热对于发动机涡轮部件的影响，并对这一程序成功进行了改进与升级。

除此之外，张伟昊还与领域内的华人学者合作出版了燃气涡轮气体动力学领域的唯一英文专著，并在书中系统总结和评述燃气涡轮气体动力学领域新的物理现象和设计方法，为航空燃气涡轮基础研究水平和工程设计能力的提升提供了重要支撑。除此之外，他还探讨并给出了多学科耦合问题及设计优化技术在涡轮设计中的应用前景和途径，为未来航空发动机低压涡轮先进设计技术的发展指明了方向。

一直以来，陈懋章院士都在教育自己的学生：“搞科研要有怀疑精神，更要有一竿子插到底的务实精神和创新精神”，要从机理出发解决非常实际的工程问题，以及用户使用过程中的科学工程问题。在科学研究中，张伟昊也希望自己能将理论到工程贯穿起来，做出更多成绩。

功夫不负有心人，通过多年的科研探索，张伟昊首次获得的涡轮前缘流动精细结构，给出了前缘感受性对复杂压力梯度与大曲率耦合影响下的边界层演化机制，提出了基于叶片前缘线型曲率可控布局的流动控制策略和技术，获得国际认可并被多次引用。同时，针对涡轮端区流动控制问题，基于对涡轮尖区多尺度旋涡结构时空演化的准确把握，明确了涡轮三维叶顶受限空间内的主控旋涡结构，并提出基于主控旋涡定制演化的泄漏流动控制技术；从泄漏涡与通道涡的相互作用机制出发，发展了基于多尺度旋涡非定常耦合的尖区流动掺混损失评估和抑制方法；在此基础上，充分考虑结构强度的约束，给出了涡轮转子叶顶三维造型参数选取准则，形成强鲁棒性的涡轮尖区多尺度流动控制技术。目前，这些成果已进入我国多个航空发动机主力研究院所的设计体系，成功应用于多个低压涡轮部件的研制，获得显著效果。

孜孜不倦培养科研人才

致天下之治者在人才，成天下之才者在教化。“在大学里，我们的根本任务还是要培养人才。搞科研能解决我们行业与社会的一些需求，但是培养人才会对我们整个社会的贡献更大。”张伟昊说。因此在入职北京航空航天大学之后，张伟昊就以服务国家重大战略需求为目标，以培养航空发动机人才为己任，将教书和育人紧密结合，并积累了属于自己的教学心得。

在本科课堂教学中，张伟昊十分注重对学生的“引导”与“启发”，充分提高学生的积极性和参与度，以老师的“教”激发学生的“学”。值得一提的是，其在本科教学期间就带领着自己的学生编写了相关程序，解决了困扰某研究所多年的问题。“在盲评过程中，我们用自己研发的程序进行分析、总结的数据特点，和研究所实际出现的问题能够完全对应。”张伟昊说，这项成果让他颇为自豪。

张伟昊深知，本科阶段学生们有繁重的学习任务，在这一背景下，他们还通过业余时间自学去完成程序设计，这让张伟昊由衷地感受到新一代青年学子身上的可塑性。为了培养学生们开展科学研究的能力，张伟昊在给自己的学生安排科研任务时，也会告诫他们：希望他们不要仅仅关注结果，更要在完成课题的过程中融入自己的思考，以提升学生在科学研究中的自主思考能力。

优良的教学引领，也带给张伟昊一系列荣誉。从事教学工作多年来，他先后担任4门课程的主讲教师，授课600余学时，累计选课1300余人次，参与2项教改项目（“气体动力学（2）”“航空发动机设计”），参与1项国家一流课程建设，作为国家精品课团队成员2019年获“北京高校优秀本科育人团队”，获“我爱我师”优秀青年教师、“优秀导师”、生产实习“优秀指导教师”等奖励。

“一直以来，航空发动机就是个挑战很大、门槛也很高的行业，在20世纪90年代之前，国家的重视程度有限，想要有一番作为也没有那么大的空间。但现在的情况不一样了，国家在这一领域的投入非常大，对年轻人来说是很好的机会。”张伟昊说。现如今，他也全身心投入两机重大专项的相关研发中，力求和团队成员们通过10年或更长时间的努力，将我国的航空发动机水平提升至一个新的台阶。