寒松秀
2009年6月,作为我国应急救援體系和国家自然灾害防治体系建设中急需的重大航空装备,“鲲龙”AG600经国家正式批复立项。
“‘鲲龙AG600是一艘会飞的船、一架会游泳的飞机,不仅要具备陆上飞机的所有功能和特性,也要具备水上飞机的功能和性能。”在可借鉴经验几乎为零的情况下,想要将陆上飞机的功能、特性和水上飞机特殊的水动力特性完美地结合在一起,难度可想而知。
“我们在型号立项之初,把问题想得太简单了:给水上飞机加个起落架,换个发动机,再换上新的机载设备,很快就能实现水陆两栖。但事实上,这个过程充满了挑战。”总设计师黄领才讲起“鲲龙”AG600的研制过程,“刚开始在水池里进行滑行试验的时候,飞行器的稳定性很差,飞机像海豚跳一样上蹿下跳,很多模型都被撞坏了。”研制团队只能不断地做实验,不断地修改参数,水动模型做了十几种,实验了上万次,才终于找到了理想的水动模型。
水上的问题解决了,接下来要解决的就是天上飞的气动模型问题。团队通过风洞实验,不断地修改模型,先找到7种方案,再优选出3种做原理样机去验证。
“这些难关都是这样一步一步克服的,水动模型和气动模型的问题解决了,在组合做全机模型的时候,又发现了气水融合的问题。在这个过程中,是永不言败的精神支撑着我们走了下来。” 黄领才笑道。
2017年12月24日,“鲲龙”AG600在珠海金湾机场成功实现陆上首飞;2018年10月20日,“鲲龙”AG600在荆门漳河机场成功实现水上首飞;2020年7月26日,“鲲龙”AG600在山东青岛附近海域成功实现海上首飞。
在“鲲龙”AG600的研制过程中,航空人携手并进、奋力前行,遇到的艰难与险阻不胜枚举;研制团队攻坚克难,突破多项关键技术,完成了总体方案的初步设计和详细设计,完成了首飞前的百余项大型试验、3000余项设备安全性试验;“鲲龙”AG600项目组共召开300余次适航审查会议,确认了数千个零组件制造符合性项目、数万道制造符合性检查工序,完成了42个结构大部件的适航预检查和制造符合性检查,下发了2000余份总装指令……从立项、设计、制造,到适航挂签、总装,几乎每一步都是大型特种飞机的尝试与突破。
而来自国内20个省市、150多家企事业单位、10余所高校数以万计的科研人员也参与到了项目的研制中,和航空人一道承载起为国筑器的神圣使命。
这期,我们一起来看看“鲲龙”AG600背后的高校力量。
上海理工大学
做好“大飞机”里的“小零件”
作为“大飞机”,“鲲龙”AG600“能吞能吐”,最多载水12吨,单次投水面积4000余平方米,一次性可救护50名遇险人员,“身材”与我们常见的民航客机空客A320差不多。
然而,在CAD环境下对这类大型装备进行三维设计时,通常会使用3D高精细度模型进行虚拟装配,但由于零件、组件、部件、总成等层级不同,对精细度的要求也不同,故在装配时需要反复切换。如此一来,不仅费时费力,还会带来设计运行缓慢等问题。
为了攻克这一难题,实现精确模型和简化模型的自适应切换,自2014年起,上海理工大学机械工程学院杜宝江教授团队便承担起“鲲龙”AG600的标准件管理及应用系统项目,在研究中采取快速参数化模型生成的虚拟设计方法,提出了“模型的视觉关注度简化方法与轻量化装配技术”。
“模型的视觉关注度简化方法与轻量化装配技术”将自动切换不同精细度模型的轻量化装配功能变成现实。根据实际应用测试,与原有的全精确模型装配相比,系统速度提高了2~3倍,与原有的全简化模型装配相比,在校验和重复设计上方便了许多,有效提高了飞机设计的效率。
“模型的视觉关注度简化方法与轻量化装配技术”为大型装备设计中的轻量化装配和标准件整体管理及应用提供了可借鉴的方法。
/ 上海理工大学名片 /
上海理工大学的办学文脉可追溯到1906年创办的沪江大学和1907年创办的德文医工学堂。新中国成立后,学校改制为上海高级机械职业学校,后更名为上海机械高等专科学校。1996年,华东工业大学和上海机械高等专科学校合并组建成上海理工大学。1998年,学校由国家机械工业部划归上海市管理。2003年,上海医疗器械高等专科学校(2015年划出组建上海健康医学院)和上海出版印刷高等专科学校划归上海理工大学管理。
上海理工大学入选国家“卓越工程师教育培养计划”,是首批“国家级创新创业教育实践基地”建设单位,是“国家级人才培养模式创新实验区”“国家创新人才培养示范基地”“国家级大学生创新创业训练计划实施高校”“全国深化创新创业教育改革示范高校”“全国创新创业典型经验高校”。
/“制造业工程师的摇篮”/
上海理工大学素有“制造业工程师的摇篮”的美誉。
在传统制造业特别是航空航天、核能工业、船舶工业等国家重点建设领域,上海理工大学做出过多次重大贡献。
20世纪50年代,第一机械工业部下达了赶超世界先进水平的“一秒级高精度光栅数字式光学分度头”和“数控光学曲线磨床”的研究任务。经过学校戴兴庆、邱永康等教师的努力,“一秒数字式光栅光学分度头”研制成功,这一成果震动了当时全国的光学界、精密仪器行业。1978年,这项成果获得了全国科学大会的奖励。“文革”期间,学校坚持开展科学研究并取得了一大批科研成果,如数控光学曲线磨床研究、太阳能综合利用和太阳能发电研究、双相小涡轮研究、双相流动研究、低温技术研究、流体力学研究等,奠定了学校在制造业领域的领军地位。1986年,由戴兴庆教授主持研制的“JMZ-数字式激光自动跟随瞄准仪”成为“长征三号”火箭的配套设备,获得了国家科学技术进步奖三等奖,借此带动了学校光学工程学科及相关实验室的建设。21世纪初,由蒋旭平教授主持研制的“风机气动性能与可靠性自动测试台”作为“神舟五号”的气动性能测试实验设备,受到国家航天局和中国空间技术研究院的嘉奖。
如今,学校参与研制的高质量低成本的高铁“接触线”,在纵横的高铁线路上,描摹着“中国速度”;参与研制的医用航天冰箱参与多项空间医学实验任务,服务着“中国高度”;参与研制的国内第一台运动加速度达到2G的高端数控机床,镌刻着“中国精度”……
作为学校高质量发展的战略支撑,学校科技创新的每一步跨越,都是服务国家战略和上海科创中心建设的生动实践。
电子科技大学
当产学研与科研一线相结合
在四川省重大科技专项等科技计划的长期支持下,中航成飞民用飞机有限责任公司和中电科航空电子有限公司联合电子科技大学等单位,突破了机头模块化交付、机载无线电等一批关键核心技术,成功研制出了“鲲龙”AG600的机头和通信导航系统,为“鲲龙”AG600的成功“出海”和水陆两栖飞机的大型化、系列化奠定了坚实的科技基础。
在项目研究过程中,电子科技大学航空航天学院“新概念飞行器智能制造研究中心”团队的成员充分参与。团队的刘民岷副教授表示,电子科技大学的长处是电子信息,短处是对航空航天领域的具体需求和技术了解得不够深入,但是,在参与“鲲龙”AG600的研究过程中,师生们都能快速地学习、准确地把握航空航天领域的具体需求。
“新概念飞行器智能制造研究中心”执行主任李波教授表示,团队在基于模型的系统工程、机头的模块化划分、装配工艺、装配过程仿真、适航技术、一体化航电体系结构等方面有一定的技术积累。这次参与“鲲龙”AG600的相关项目,与总体单位协作攻克了相关技术难题,充分证明了团队着力打造“电子信息+航空航天”科研方向的正确性。
/ 电子科技大学名片 /
电子科技大学于1956年建校,是国家首批“211工程”和“985工程”重点建设的教育部直属重点大学,是国家首批“双一流”建设A类高校,也是中国电子信息领域唯一的“985工程”建设高校和“双一流”建设A类高校。学校坐落在日渐成为全球信息和通信技术产业中心城市的成都,成为其被称为“中国的硅谷”“中国经济第四极”的重要人才支撑。
学校以电子信息科学技术为核心,以工为主,理工渗透,理、工、管、文、医协调发展,形成了从本科到硕士研究生、博士研究生等多层次、多类型的人才培养格局。
作为中国电子信息领域唯一的“985工程”建设高校和“双一流”建设A类高校,电子科技大学共有20个专业入选首批国家级和省级一流本科专业建设点。在第四轮学科评估中,学校的电子科学与技术、信息与通信工程被评为A+;计算机科技与技术被评为A;光学工程被评为A-。A+学科数量并列西部高校第一!
/ 在电子信息领域为国家撑起一片天 /
电子信息技术已成为引领新一轮科技革命和推进创新驱动发展的先导性力量,以人工智能、量子信息等为代表的前沿与新兴交叉领域,是各国科技创新竞争的战略制高点。
电子科技大学充分发挥其在电子信息领域的综合优势,聚焦“电子信息+”,不断创造新的学科交叉点。
一方面,建立健全多学科交叉的组织模式和激励机制,组建前沿科学中心、综合性跨学科平台,推动知识创新和科研攻关。聚焦集成电路、人工智能、信息医学、量子信息、空天科技等新兴交叉领域,以大科学问题和关键核心技术的突破为牵引,凝练重点发展方向,布局面向世界科技前沿、具有重要现实意义的研究项目,力争催生重大学术成果,加快科技成果转化。
另一方面,学校集成学科育人资源,系统推进学科交叉。以跨学科的课程、教材、平台、导师团队组建为抓手,创新复合型人才培养机制。同时,在精准医学、神经科学与认知科学、类脑智能、智能康复、智能芯片与智能软件、量子器件、量子互联网等领域加快布局,形成新的学科生长点。
中国海洋大学
满足飞机海上首飞的保障需求
2020年,在青岛市的协调组织下,受中航通飞华南飞机工业有限公司的委托,中国海洋大学为“鲲龙”AG600在青岛的海上首飞科研试验免费提供起降海域的水文服务保障,具體包括风速、风向、气温、气压、水温、三一波高、流速、流向等指标。
在充分研讨的基础上,中国海洋大学船舶中心组织了保障队伍,制定了综合保障方案:一是在开展高强度海上作业任务的同时,临时抽调3名调查技术人员组成工作小组,负责起降海域的气温、气压、水温、三一波高、流速、流向等水文指标的实时监控与传输;二是邀请学校信息科学与工程学部吴松华教授带领的激光雷达团队,为此次科研试验提供起降海域的实时三维风场信息,激光雷达团队凭借自主创新研发的,已在环境气象、航空等行业成熟应用的多普勒激光测风雷达,弥补了现有海上风场探测能力的不足,充分满足了监测需求。
从实际效果来看,上述保障方案不仅充分满足了飞机海上首飞的保障需求,还通过高水平、创新性的前沿科技成果向飞机制造行业的领军企业充分展示了中国海洋大学先进的科研水平、完善的综合实力和严谨的工作作风。
从2020年5月12日保障任务开始至2020年7月26日“鲲龙”AG600成功实现海上首飞,中国海洋大学船舶中心共参加了2次任务协调会、2次大型保障讨论会、6次海上试飞演练保障,以精湛的业务水平、创新的保障手段、精准的监测数据得到了海上首飞科研试验工作组与专家组的高度评价。
/ 中国海洋大学名片 /
中国海洋大学创建于1924年,历经私立青岛大学、国立青岛大学、国立山东大学、山东大学等几个办学时期,于1959年发展成为山东海洋学院,1988年更名为青岛海洋大学,2002年更名为中国海洋大学。学校2001年成为国家“985工程”重点建设高校,2017年入选国家“双一流”建设高校。
在第四轮学科评估中,学校的海洋科学、水产获评A+,排名进入全国前2%;生物学、药学、环境科学与工程、食品科学与工程获评B+,排名进入全国10%—20%;法学、外国语言文学、应用经济学、水利工程、计算机科学与技术、生态学、软件工程、工商管理获评B,排名进入全国20%—30%。另外,学校的地球科学、植物学与动物学、工程技术、化学、材料科学、农学、生物学与生物化学、环境学与生态学、药理学与毒理学9个学科(领域)进入ESI全球排名前1%。
/ 引领支撑海洋科技创新发展 /
早在20世纪80年代,中国海洋大学就研制成功了以我国第一个现代海洋药物藻酸双酯钠(PSS)为代表的系列海洋糖类药物,开辟了我国海洋生物资源开发的新领域。
2018年5月,中国海洋大学与湖北海洋工程装备研究院联合设计的世界最大的全潜式大型网箱、亚洲第一大深远海智能网箱“深蓝1号”成功下水,该设备设计年养鱼产量1500吨,可同时养殖三文鱼30万尾,彻底解决了三文鱼规模化、安全生产的问题。该事件入选纪念改革开放四十年央视大型纪录片《四十年四十个第一》。
而在2019年5月30日,学校的“东方红3”船启航。该船各项技术性能世界先进,部分技术性能世界领先,奠定了国际主流科考船的地位,必将成为新时代海洋人兴海报国的科考利器。目前,学校已经建成以“东方红3”船、“东方红2”船等为主的我国海洋科教界独一无二的科考实习船队,构建起一个自近岸、近海至深远海并辐射到极地的海上综合流动实验室系统,具备国际一流的海上现场观测能力。
中国海洋大学的科学家们创立了文氏普遍风浪谱、近海环流及物质输运、超浅海风暴潮等基础理论体系并实现业务化,推动了我国海洋环境数值预报的长足发展。另外,学校担当了新中国首次大规模海洋调查主力军;建成了国际上组网规模最大、运行时间最长的区域潜标观测网;发展了从近岸、近海到深远海并辐射到极地的海洋综合观测能力……
学校还构建了我国海洋大型藻类、贝类等育种技术体系,培育海水养殖新品种15个,占全国1/5;引领或主要参与了我国海水养殖的“五次浪潮”,推动我国发展成为世界第一大水产养殖大国。
……
在世界一流大学建设的新征程中,中国海洋大学坚定以服务海洋强国建设为己任,不忘初心,牢记使命,为建成国际知名、特色显著的高水平研究型大学,早日跻身特色显著的世界一流大学行列不懈奋斗!
知识链接
2023年2月25日,由中国航空工业集团有限公司自主研制的第四架大型灭火/水上救援水陆两栖飞机“鲲龙”AG600M(M是灭火型号的意思)在广东珠海成功实现首飞。这是研制批全状态新构型灭火机中最后一架完成首飞的“鲲龙”AG600M飞机,其首飞成功标志着“鲲龙”AG600M研制批全面进入适航取证试飞阶段。
除了以上高校,还有部分高校为“鲲龙”AG600贡献了自己的力量。
·西北工业大学·
在“鲲龙”AG600的研制中,西北工业大学(以下简称“西工大”)承担了多项技术攻关任务,为“鲲龙”AG600的成功研制做出了贡献。
参研“鲲龙”AG600近水面滑行的数值仿真:西工大航空学院徐绯教授参与了“鲲龙”AG600近水面滑行数值仿真方面的研究工作,具体主要包括复杂水(海)况波浪数学模型构造研究、高精度多功能数值波浪水池构建技术研究、水面飞行器近水面滑行喷溅性能的数值预测研究3个方面的工作。
为“鲲龙”AG600的气动设计攻坚克难:从“鲲龙”AG600正式启动研制到研制成功,西工大白俊强教授团队全程参与该机的气动设计、性能评估等工作。
开展“鲲龙”AG600主起落架测试:西工大力学与土木建筑学院岳珠峰教授领衔的飞行器结构完整性技术工信部重点实验室成员与航空工业起落架公司等公司的技术人员精诚合作,努力攻关,完成了试验方案设计、大型框架式夹具设计制造和8种工况的起落架试验,为飞机主起落架结构设计的验证和评估提供了翔实可靠的数据支撑,为“鲲龙”AG600的研制做出了重要贡献。
另外,“鲲龙”AG600常务副总设计师王正龙,“鲲龙”AG600水上首飞機组机长赵生、副驾驶陈明等均为西工大校友。
·北京航空航天大学·
北京航空航天大学(以下简称“北航”)科研团队持续参与了“鲲龙”AG600的研制工作,为项目的研制提供了可靠的技术支持。
北航电磁兼容团队由苏东林院士挂帅成立项目组,为“鲲龙”AG600全状态新构型灭火机的通信、导航、气象雷达的天线布局等提供了大力支持;北航赵廷弟教授团队参与了“鲲龙”AG600全状态新构型灭火机的可靠性、维修性、测试性、安全性与保障性工作,为首飞前制定符合型号实际情况的系统级测试性诊断方案提供指导,有效提高了试飞期间故障检测及定位能力;北航航空器气动弹性设计技术团队参与了“鲲龙”AG600弹性机体飞行载荷分析及T型尾翼防颤振设计工作,在飞机T型尾翼颤振和气动系数/导数弹性修正方面提供了技术支持;北航陆士嘉实验室刘沛清教授团队参与了“鲲龙”AG600的螺旋桨气动设计工作,为螺旋桨的适航取证奠定了基础……
·南京航空航天大学·
“鲲龙”AG600研制成功的背后,还凝聚着南京航空航天大学(以下简称“南航”)科研人员的汗水。
南航校友黄领才担任“鲲龙”AG600总设计师,从立项、研制、总装下线到成功首飞,“鲲龙”AG600仅用了几年的时间,便已成为“国之重器”。
南航的轻型通用航空飞行器技术协同创新中心以中航通飞为总设计师单位,联合协同单位组成攻关小组,攻克了气动布局、复合材料结构布局设计、材料许用值等关键难题,并共同开展了飞机水动力载荷计算、机腹部断阶设计和起落架机构优化设计等工作,为“鲲龙”AG600的研制提供了重要的技术支持。
南航航空学院张大林教授带领团队与中航通飞团队合作,在一年多的时间里成功完成了“鲲龙”AG600发动机滑油散热系统和发动机短舱通风冷却系统的设计、研制工作。
此外,南航还有众多校友和科研人员参与了“鲲龙”AG600的研制工作。