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【基金故事】张伟伟:让空气动力为战斗机保驾护航
2016-08-19 15:26:13 来源: 作者: 【 】 浏览:0次 评论:0

张伟伟:让空气动力为战斗机保驾护航

   从1997年跨入西北工业大学的校门,成为飞行器设计与工程专业本科生开始,到2006年取得西工大流体力学博士学位,再到留校任教,成为硕导、博导,作为一名西工大航空人,张伟伟教授用近20年的时间,一步步向自己航空报国理想稳步前行。

张伟伟曾入选2013年“新世纪优秀人才计划”,获得陕西省青年科技奖、陕西省“青年科技新星”人才计划项目资助,获评陕西省优秀博士学位论文。

 

“把自己兴趣点与学科前沿、国家需求结合起来”

“科学研究,跟着兴趣走,还是跟着需求走?是面向工程,还是潜心做基础研究?”这似乎是每一位有志于科学研究的工科学生都要面临的选择。

对于曾经的张伟伟来说,这个问题同样困扰着他。在不断地探索中,张伟伟秉承理论联系实际的工科研究理念,走出了一条把个人兴趣爱好与学术前沿、国家重大型号研制需求相结合的科研之路。

张伟伟师从西工大航空学院叶正寅教授,从硕士研究生开始,便从事“非定常空气动力学”和“气动弹性力学”的研究。

“所谓气动弹性力学,是指结构在流体中的力学行为。比如,颤振就是一种典型气动弹性问题。过去,由于在设计和研发时忽视颤振问题,无人机等飞行器在飞行过程中,有时甚至会解体。”张伟伟解释道,“现代气动弹性力学在航空航天、土木工程、能源、动力等领域都有重要的研究价值,其中飞行器面临的气动弹性问题尤为显著。”

近年来,随着飞行器的飞行速度、飞行任务难度的提高,飞行器面临的流动环境越来越复杂。结合自己的研究方向和兴趣爱好,张伟伟将新理论、新方法、新模型,与我国重点型号研制中的气动弹性设计工作紧密结合,解决实际问题,服务国家重大工程。

张伟伟的研究成果,先后在12个国防单位近20个型号中获得应用。“通过对这些实际问题的研究,反过来又指明了我未来基础研究的新方向。”张伟伟说。

针对我国某重大科技专项的两个型号的飞行试验,在缺乏风洞试验条件的情况下,张伟伟的分析结果有力支撑了原型机的试飞工作。他的研究采用自行研发的气动弹性分析平台,有力支撑了6个新型号的设计;参与了7个型号的排障分析与改型工作;推广了气动弹性分析系统,提升了多个型号单位的气动弹性设计能力。

结合自己的科研经历,张伟伟对青年学子们说出了自己的心得:“作为工科专业毕业生,尤其是具有明确行业背景的研究者,在寻找自己的研究兴趣时,要聚焦学科前沿,同时,所研究的问题要能有力支撑工程关键技术问题的解决。这个关键技术问题不见得是时髦的方向,也有可能是一个硬骨头、老问题,不过,研究者要针对这种老问题,提出新认识、新方法,要能满足国家重大型号的研制需求。”

 

“敢于挑战学术权威,勇于攀登科研高峰”

张伟伟的第二条科研心得,是不迷信权威。

“广泛阅读文献是开展科学研究的基本要求,但是有些文献包括权威期刊甚至教科书上,由于时代和条件的局限,存在认识的不足,甚至是错误。尽信书不如无书,在阅读时一定要敢于怀疑,敢于提出新问题。”张伟伟说。

针对涡致振动中的结构锁频现象,学术界普遍认为是非线性共振引起的。近年张伟伟团队通过研究发现锁频现象可分为共振型锁频和耦合颤振型锁频两种模式,对锁频现象的奇妙特征给予了很好的解释,并对如何抑制结构大幅振动和涡致振动能量捕获研究具有重要的理论指导价值,相关研究发表在流体力学领域的顶级刊物Journal of Fluid Mechanics 上。

同时,他建议青年学子要敢于挑战权威,用实力证明自己。“相比于跟班式的研究,这类颠覆性研究的意义更大。”他说。

作为一名研究生导师,张伟伟也要求自己培养学生敢于挑战权威的学术素养和科研习惯。“在师生间的学术沟通中,导师要能够坦然接受学生指出的不足和错误。”

 

“坚持自己的科研方向,不断拓展科研维度”

2006年任教以来,张伟伟累计主持国家级项目7项,包括3项国家自然科学基金项目。作为骨干参与2项国家重大项目。获得省部级成果奖4项,其中一项排名第一。正式发表的SCI论文21篇,其中力学或宇航类JCR Q1区期刊16篇。在中文核心期刊发表论文71篇。编写专著1本,译著1本。

对于这些成绩,张伟伟并不满足。近日,他申请的《空气动力学》项目,得到国家自然科学基金优秀青年基金资助。对于张伟伟来说,这是一个新的起点,意味着他将要在气动弹性力学的研究上继续深耕、拓展。

“科学研究需要一定的定力和坚守,科研方向的拓展可采取循序渐进的法则。很多学术大师兴趣广泛,从事很多研究方向,但当我们仔细分析时,会发现这些不同的研究方向中,是有一条主线贯穿的,这也许就是他们成功的秘密。”坚持自己的方向,在现有的环境中不断拓展研究维度,这是张伟伟的第三条科研心得。

长期以来,我国许多独立研制的战机都受到跨声速气动弹性问题的困扰。张伟伟认为,正是因为跨声速复杂气动弹性相关机理悬而未决,设计中未能采取相应的技术措施,导致了部分机型在试飞阶段发生事故。

为什么跨声速区会出现问题?“长期以来,研究者忽略了结构弹性特征对流动稳定性和响应的影响,回避不稳定流动对颤振特性的影响,这样就导致了诸多困惑和争议。”张伟伟说。

张伟伟本次获得资助的《空气动力学》项目,将系统地研究跨声速状态下激波、分离流和弹性边界三个要素,对气动弹性稳定性和响应的影响。依托西工大“翼型、叶栅空气动力学”国家级重点实验室、流体力学学科以及气动弹性研究所,以及西工大具有国际先进水平的实验和数值模拟条件,建立跨声速气动弹性精细化仿真/分析/试验系统,并尝试建立跨声速防颤/防抖的机翼设计准则。

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