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航空工业气动院总工程师崔晓春:情定风洞二十载 铸就风雷动九天

2021-01-12 14:53:52 中国航空报 郑佳丽

风洞是确定飞行器性能、支撑飞行器设计的重大基础试验设施,是国家的战略资源,可谓国之重器。没有世界级的风洞试验设备,就没有国际先进的航空武器装备。长期以来,我国跨声速风洞存在尺寸小、流场品质与数据质量不高、生产效率低等问题,而谋划、建设大尺寸连续式跨声速风洞,成为几代航空人的梦想。

航空工业气动院2.4米连续式跨声速风洞,是国家科工局批复的单体投资最大的建设项目。在该风洞推进过程中,有一个人用他的坚定信念和执着担当,扛起了重大项目的重任。他就是气动院总工程师崔晓春。

临危受命,一个月内完成项目可研

眼看风洞建设启动在即,一个难题摆在了所有人面前:需要在一个月内完成项目可研。而当时的技术负责人突然生病,无法继续工作。崔晓春作为风洞论证阶段的主要参与者,毅然承担了项目可研报告的编制与技术汇报任务。为保证工作进度,他经常乘坐末班飞机往返于北京和沈阳,连夜协调可研报告编写工作;为确保技术方案的可行性,针对轴流压缩机、半柔壁喷管等重大技术问题,他开展技术风险评估与技术成熟度评定,制订风险防范措施。

在国防科工局组织召开的项目可行性评审会议上,各位专家对项目可研报告给予了充分肯定,顾诵芬院士高度评价崔晓春的汇报:“这个小伙子工作做得不错!”

对标一流,确立风洞技术指标体系和总体技术方案

2013年,航空工业正式任命崔晓春担任2.4米连续式跨声速风洞建设项目常务副总设计师。为把风洞建设得好用、管用,在梳理、对标国际先进跨声速风洞技术指标体系的同时,崔晓春将风洞的全生命周期成本、可靠性与可维护性等装备六性设计要求纳入风洞总体设计指标体系,增强风洞的可用性。

“我们必须向国际看齐甚至要领先于国际,这样才能体现出建这座风洞的意义。”崔晓春不止一次这么说。为确保风洞总体技术方案的先进性、合理性,降低技术风险,突破欧美对风洞设计技术的封锁,崔晓春采用国内设计、国际技术评估模式,先后聘请国际知名风洞设计公司——加拿大aiolos公司、专业空气动力学研究机构——俄罗斯TsAGI和法宇航、专业风洞试验机构——DNW,对风洞总体技术方案进行评审,保证风洞的总体技术方案水平。

勇于创新,将现代设计与技术管理手段应用于传统风洞

风洞的设计与建设工作是跨多学科的复杂技术工作,涉及空气动力、机械结构、自动控制、土建工程等多专业和机械制造、压缩机研制、现场施工等多项目、多环节协同,无论在设计技术、施工技术和技术管理上,都高度复杂。

为提高风洞设计质量,在风洞设计过程中,崔晓春带领团队将计算流体力学、结构有限元分析、控制系统仿真、三维设计等现代设计技术应用于风洞设计,这些措施同时还有效缩短了设计周期、降低了建设成本。通过理论分析和模拟仿真,团队将技术指标分解到风洞总体气动、洞体结构、测控系统、动力系统、辅助系统、试验技术等分系统设计。

为降低风洞回路气流分离和压力损失、提高风洞流场水平,崔晓春对风洞总体气动布局进行了深入优化设计;为保证风洞17000立方米容积的大型承压壳体刚度、强度指标和使用寿命要求,团队利用有限元分析技术,对风洞支撑系统、洞体壁板厚度、大开口补强、压力容器封头等进行了分析和优化,并研究了地震等自然灾害对风洞洞体结构的致损影响。

为提高风洞流场控制水平,崔晓春带领团队对风洞部段、辅助系统进行流动建模,通过硬件和软件仿真的方法,研究并优化风洞流场控制模型,创新研制了适应连续式跨声速风洞的试验模型振动抑制系统、高精度模型姿态角与流场参数测量系统、高精度低温效天平与低干扰支撑系统等风洞试验核心测试设备,风洞试验测试精度达到国际先进水平。

严控质量,打造精品工程

为摸清关键技术、降低技术风险,崔晓春带领团队用两年半时间,设计、建设了0.6米引导风洞,创造了风洞建设的新速度。这座风洞的流场测量结果表明,在跨声速范围内,所有技术参数均达到国际最先进的跨声速风洞——ETW风洞的技术水平,这也实现了我国跨声速风洞流场指标从合格指标到先进指标的跨越,为2.4米连续式跨声速风洞的建设成功奠定了坚实的技术基础。

“必须把好质量关!”崔晓春常常将这句话挂在嘴边。他严格审查施工组织设计,对施工方案进行评审,对施工人员进行资质审查,把好建设开局;组织带领设计团队定期按需跟产,对风洞建设用材质量与力学性能、零件加工精度、部件装备尺寸、焊缝检验记录等重要制造环节进行检查,并严格审查设计变更,做好过程管控;严格执行部件级检查、出厂验收、现场调试验收三级验收制度,守住出口底线。

同时,他组织总质量师系统制定质量工作方案和年度质量控制计划,并与分系统供应商质量管理对接,定期反馈研制质量问题,推动质量问题整改;聘请专业团队对风洞承压洞体焊接质量、压缩机制造质量等风洞关键设备制造过程进行质量检查,并严格落实质量整改。

为进一步控制质量风险,崔晓春推行大型系统联合试验和转阶段审查制度。以大型轴流压缩机系统为例,压缩机、电机、变频器均为国内首台套设备,为降低风洞调试风险,在出厂前,崔晓春组织开展了压缩机、电机和变频器的联合运转和性能试验,充分暴露和纠正了设计与制造过程中的质量与技术问题。在风洞设计、建设、调试等重要阶段转接期,他还组织对前期工作、后期安排进行系统审查,确保转阶段工作成熟有序。

“双线作战”,推动风洞高质量调试

历经5年的前期论证、8年的设计建设,2.4米连续式跨声速风洞在2020年初正式转入联合调试阶段。面对疫情防控和风洞调试“双线作战”要求,崔晓春带领团队克服部分供应商不能及时到达现场、备件不能及时发货等困难,于“危机”中觅“新机”,采用远程会议、远程调试等方式,与调试团队吃住在风洞,及时组织研究处理调试中的各类技术问题,确保了风洞调试工作的顺利开展。

2020年5月24日,风洞完成了标准模型试验,风洞设备运行可靠,风洞流场水平、试验数据精度均达到国际先进水平,风洞标准模型试验数据质量与国际领先水平风洞一致。

5月26日,风洞完成了首期型号试验任务,标志着2.4米连续式跨声速风洞初步形成试验能力,实现了我国跨声速风洞由“暂冲式”向“连续式”的跨越式发展,跻身世界前列!

责任编辑:实习编辑