“刀尖上的舞者”——记国家技术发明二等奖获得者焦宗夏教授及其团队-新闻网

“刀尖上的舞者”——记国家技术发明二等奖获得者焦宗夏教授及其团队

点击数:    |    加入时间:2018-01-22

“刀尖上的舞者”

——记国家技术发明二等奖获得者焦宗夏教授及其团队

记者 存磊

飞机着陆阶段的事故率占飞行事故率的近50%,是航空安全的重中之重。飞机刹车控制系统是保障飞机安全着陆和应急终止起飞的关键机载子系统,往往是飞机滑跑中的最主要安全防线。机场跑道的长度很大程度上取决于应急中止起飞的刹车距离,刹车系统的性能与可靠性至关重要。

飞机速度快,惯量大,机轮承受载荷是普通汽车的几十倍甚至上百倍,刹车温度变化达近千度,条件苛刻,系统复杂,极易失效和失控。飞机刹车控制系统的研制被形容是“刀尖上的舞者”,设计与整机强耦合,稍有不慎,轻则全机共振,重则造成灾难性后果,研制难度非常大;刹车与飞控并称为飞机仅有的两个A类安全性系统,不能轻易试飞,必须有特殊的专用试验手段,试验风险和难度很高。就连百年老店波音公司的资深工程师,现在都还在说,“刹车系统Always Makes Troubles”。

焦宗夏教授在试验现场

寻找一种“无源”的刹车方式

那是二十一世纪的元年,焦宗夏教授正在德国汉堡访学,每天看着头顶空客的飞机从汉堡总装厂飞往图卢兹,焦宗夏教授暗下决心,有朝一日一定要为中国的大飞机事业贡献自己的力量。此前国内刹车系统行业一直处于仿制和跟踪国外状态,存在两代的巨大差距。焦宗夏教授凭着敏锐的技术嗅觉,发现了这样的难题,迎难而上,十几年如一日潜心研究,带领航空工业和中国商飞,自主创新,在新原理刹车装置、自适应刹车控制、系列专用试验装备等方面取得了重大突破,填补了国内空白,实现了跨代发展,在国际上开辟了新的发展方向,形成了具有自主产权的新技术体系,从根本上突破了制约我国飞机刹车系统的技术瓶颈,应用于一系列军机和民机重大型号中,达到了国际先进水平。  

刹车失效的本质是因为“有源”,刹车的液压能源来自飞机液压系统,通过复杂的高压长管路,来传送大功率,数米的细长薄壁管路又处于起落架上的开放区,破裂与堵塞风险高,容易发生失效,从而造成事故。

灵感总是青睐有准备的人,研究刹车系统的第六个年头,焦宗夏教授突然意识到可不可以摒弃传统思路,寻找一种“无源”的刹车方式?焦宗夏教授带领尚耀星老师一头扎了进去,在这个全新的想法面前,他们和博士生黄澄、刘晓超等人开始了夜以继日的研究攻坚,经过五年努力,最终原创发明了一种“无源刹车”技术,研制了全新的“自馈能刹车装置”,它可以灵巧地直接利用机轮着陆旋转的动能,将其变成液压能,从而为刹车系统提供能量。其意义不仅在于节能,更重要的是替代了故障率最高的复杂长管路系统,从根本上颠覆性地改变了安全性,即使飞机全部失去动力也能有效刹车。该新发明被国外同行认为是一个“神奇的灵巧系统”。

团队成员在试验现场

国家重任就是冲锋号

新的“无源刹车”技术在国际上开辟了新的发展方向,成功的一刹那,团队的兴奋溢于言表。可是焦宗夏教授还不满足,又将目光瞄准了整个系统的短板——控制律。飞机刹车特别追求在各种工况下都能距离尽量短,其难点是“滑”,既要保持最大压力刹车,又不能抱死。压力不足会刹不住冲出跑道,压力过大则会抱死轮胎,导致爆胎侧翻。长期以来,国内不论是军机还是民机,传统的做法是“防滑”,适应恶劣天气能力差,常常冲出跑道,空军首长专门对我国军机冲出跑道事故频发问题给予指示:“要作为一个难点去解决。”而国外已经实现了自适应,并且对国内严格封锁,放了很多烟雾弹,查不到一篇实用的专利和论文资料。

国家重任就是冲锋号,团队成员犹如打了鸡血,兴奋地艰苦奋斗着……多少个不眠夜,方案一轮轮被自我推翻,演算一次次被自己否定,设计一遍遍追求极致。幸福是奋斗出来的,成功更是拼搏出来的,不管道路有多么艰辛,兴趣和使命造就了无穷的动力。最终提出了“控滑”的理论,首先突破“识得准”,着陆识别跑道摩擦情况,再解决“控得精”,让刹车压力始终保持在不稳定的“刀尖”,刹车效率提高30%以上,在各种工况下都能自适应,大大缩短了刹车距离,彻底打破了国外的技术封锁。

记得在控制律设计的最后阶段,团队终于等来了盼望已久的试验。时间紧迫,系统复杂,需要每天二十四小时不间断进行,负责试验的博士生孙栋熬了无数个通宵,不分昼夜时时刻刻守在试验台前,高温炙烤不是最大的挑战,睡觉反而成了最大的奢侈。孩子们每天只在试验的一个小时间隙,一边等待刹车盘冷却,一边先处理故障修改设计,然后才能打个盹稍微休息……这样高强度的试验,一个阶段就是连续工作一个月,孙栋体重更是减了20斤。就是这样一种精神,团队咬牙赶时间,完成了前后一年多的不断试验,经过上百次大型试验的考核和磨练,控制系统的最终炼成了真金。

2017年5月5日是中国人翘首以盼的日子,随着全球直播,大型客机C919圆满完成首飞,在浦东机场顺利着陆,海内外华人悬着的心落到了肚里。可是鲜为人知的是,刹车团队在此前早已胸有成竹,因为首飞前,经过半年时间,通过一系列重要试验,已经完成了对飞机刹车系统的考核。

然而回首几年前,对于国外公司提供的刹车系统进行海量数据的测试,并非易事,设计师曾经一筹莫展。国外的控制器就是一个黑盒子,里面装着什么老外严格封锁。

团队成员在铁鸟台现场

重担又落到了焦宗夏教授团队肩头,他们自主研发成功打造了专用的测试与试验利器。在飞机的首次滑跑试验前,研究生李锁兰同学枕戈待旦,随时处于待命状态,两年间辗转于铁鸟试验台和首架C919飞机之间,对供应商多个刹车版本进行了百余次在线循环测试,极大地加速了首飞进程。

多少个寒冬深夜,多少次凌晨开始的试验,孩子们不是伴在厂房内的铁鸟台旁,就是守在试飞站,趴在飞机肚皮下,享受着拼搏航空梦的快乐。C919首飞顺利落地刹停的那瞬间,尚老师拿出了珍藏的红酒,筋疲力尽的成员们幸福地相拥在一起,都高兴得哭了。泪光里闪烁的坚毅正是北航精神,国家使命,勇于担当,独当一面,拼搏创新……

编辑:孙也程

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