贾振元等获2017年度国家技术发明奖一等奖,北航航模队队员们热心帮助其他高校代表队

 玩具模型     |      2020-01-13 07:19

赵永新 吕东光

中新社记者 张素

10月8日电 9月26日至10月3日,2015年中国国际飞行器设计挑战赛暨科研类全国航空航天模型锦标赛在山东胶州举行。大赛共设八个竞技项目和科技创新项目评比,北航航模队共参加其中四个重点项目的角逐,包括垂直起降载运、模拟搜救、限时载运空投以及太阳能飞机,并选派四项作品参加了科技创新项目评比。经过激烈的角逐,北航航模队获得七个一等奖、四个二等奖,其中包括两项团体亚军,一项团体季军,一项优秀飞行奖,此外还获得比赛组委会特别颁发的优秀团队奖。

获奖项目:高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备

“我们就是一群‘东北狼’。”大连理工大学现代制造技术科研团队代表在接受记者采访时开门见山。这群“东北狼”有30余位核心成员,来自材料、力学、机械和控制等领域。近9年内,他们三获国家技术发明奖。

www.350.vip 1

创新感言:做科研要找对路子。刻苦的人很多,关键在于找准方向,道走对了可能事半功倍;道走错了,你费大力气、绕大圈子也不一定能够成功。

2008年,团队创始人、中国工程院院士郭东明等获国家技术发明奖一等奖。2014年,团队领军人贾振元的研究成果获国家技术发明奖二等奖。2018年1月8日,贾振元等获2017年度国家技术发明奖一等奖。

中国国际飞行器设计挑战赛暨科研类全国航空航天模型锦标赛是一项融合了科技、教育和体育运动的航空航天模型赛事活动。赛事旨在使参赛者通过设定的任务需求,理论结合实际,自行设计、自己动手制作、亲手调试飞行,在比赛中寻求不断的技术突破和创新。此次比赛共吸引浙江大学、西安交通大学、西北工业大学等91所高校,1820名选手参赛。

“我就是个干活的”——见面握手时,贾振元这样“自报家门”。

“三次获奖,都是解决关键零部件的加工原理及相关工艺,既有关联更有差别。”贾振元对中新社记者说。

www.350.vip 2

今年54岁的贾振元是大连理工大学教授、副校长,长江学者特聘教授,国家973计划项目首席科学家,国家万人计划入选者,2017年度国家技术发明奖一等奖的第一完成人。

今年获奖项目名为“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”,是从源头上解决航空、航天、交通领域高端装备所选用的新型材料“碳纤维增强树脂基复合材料”在构件加工中面临的世界性难题。

为筹备本次比赛,北航航模队连续八十多天的高强度集训,克服了9.3大阅兵所造成的模型禁飞及禁运困难,仔细研究任务要求,一步一步实现比赛任务目标。面对艰巨的比赛任务,队员们发扬了吃苦耐劳、不怕苦不怕累的精神,提出了一个个独具匠心的创意与方案,获得了较好的训练结果。

个头不高、头发灰白的他告诉记者:“农民要种好地、多打粮食,工人要把工做好、拿出好产品,我们搞工程科学的就要把问题弄懂、把技术弄通,争取解决实际问题、满足国家重大需求。”

“强度比钢强,比重比铝轻,导电性能比铜好。”贾振元说,由碳纤维为增强相制备的树脂基复合材料,易实现材料与结构整体同步制造,可减少连接,已成为航空、航天、交通等领域高端装备减重增效的优选材料。但用传统加工方式极易产生毛刺、撕裂等损伤,继而影响性能,“毛刺、撕裂将使疲劳寿命和拉伸强度下降9%至30%”。

www.350.vip 3

www.350.vip 4

国内外研究中缺乏系统的共性基础理论,国际通行做法是花费大量时间和精力,采用多次实验对比加工效果来改进传统刀具。中国科学家无法得到实际经验,致使“中国制造”受制于人。

www.350.vip,赛事期间,北航航模队队员们热心帮助其他高校代表队,积极与其他高校的同学交流经验,时刻彰显着北航人的风采。北航航模队凭借新颖的创新点、出色的飞机设计、精细的制作工艺、精湛的制作和操作技术以及谦虚友善的比赛精神受到了对手、赛方及观众们的一致赞赏。

贾振元与团员成员搞研发。大连理工大学宣传部提供

比如,复合材料占机身比重是衡量航空飞机先进性的一项重要指标,空中客车A380达到25%,波音787达到50%,中国国产支线客机ARJ仅为2%。然而中俄正在合作研制的远程宽体客机C929的目标是“超过50%”。

贾振元干的这个活,是世界性难题——碳纤维增强树脂基复合材料(以下简称“碳纤维复合材料”)构件的高质高效加工。从2003年起,他带领团队接力攻关十多年,不仅在碳纤维复合材料切削原理研究方面取得重大突破,而且研制出低损伤、高效率的系列新型加工工具、工艺和装备,使加工损伤由原来的厘米级降低到0.1毫米内,达到国际领先水平,为碳纤维复合材料在航空、航天和交通等领域的大规模应用铺平了道路。

“科研工作一定要服务于国家重大需求。”贾振元说,想要在短时间内从并跑到领跑,“没有基础研究做支撑,你就超不过去”。

“做制约行业发展的卡脖子问题”

这支科研团队决定突破传统金属等均质材料切削理论体系的束缚,开辟和建立一个适应碳纤维复合材料加工的全新的理论体系。得益于团队内交叉融合,又有国家项目经费支持,他们终于啃下“硬骨头”。

从博士毕业留校任教至今,贾振元在机械工程精密加工领域干了近30年。“我们做工程科学的,总希望自己做的事情能有意义。”他说,“所谓‘有意义’,就是能把自己的研究和国家需求结合起来,做高校有优势、企业无法解决、制约行业发展的卡脖子问题。”

“我们要弄清楚损伤是怎么产生的,整个研究过程充满挑战,往往要经过成百上千次的实验。”团队成员、大连理工大学教授王福吉回忆说,有些实验做了半年都没有一点进展。不过,得益于领头人方向把得准,“我们的弯路走得少”。

碳纤维复合材料的高质高效加工,就是这样的“卡脖子”问题。

最终,贾振元团队揭示了碳纤维复合材料去除机理和损伤形成机制,提出针对碳纤维复合材料加工的切削理论,建立了切削力和切削过程动态仿真模型,实现了“源头创新”。

航空、航天、交通等领域的高端装备,是一个国家制造水平的集中体现。“这些要跑、要飞的高端装备质量越轻跑得越快、飞得越远,有效载荷也更大。”贾振元介绍说,航空、航天飞行器和高铁装备的重量一般按“克”计算。研究结果表明,飞机结构重量每降低1%,油耗可以减少3%—4%;高铁减重1%,能耗可减少6%—7%。

工欲善其事,必先利其器。研发团队在基础理论上取得重大突破后,反过来进行应用实践研究,先后发明三类9个系列的制孔、铣削等刀具。他们找到碳纤维复合材料切削质量随温度变化的规律,研发出13台套数控加工工艺装备,填补国内空白。

减轻重量有两种途径:一是设计巧妙,二是材料轻质。目前既轻巧又有刚度、强度的材料,当属碳纤维材料:强度比钢强,比重比铝轻,导电性能比铜好。因此,由碳纤维为增强相制备的树脂基复合材料,不仅轻质、高强,而且易实现材料与结构整体同步制造、省时省工,已成为航空、航天、交通等领域高端装备减重增效的优选材料。

贾振元说,新研制的技术装备及刀具从2010年开始应用,使复合材料加工损伤由原来的厘米、毫米量级减到0.1毫米内。这些刀具的寿命高于进口刀具2至7倍,价格仅是后者的四分之一。还有一些以往无法加工或只能手工加工的装备,如今做到低损伤数字化加工。