承重前行 試探尖峰
——記北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院副教授伊衛(wèi)林

本刊記者 付 強(qiáng)

伊衛(wèi)林說，葉輪機(jī)械雖已應(yīng)用多年卻依然生機(jī)勃勃，并仍將長期作為眾多動(dòng)力機(jī)械核心部件或單獨(dú)裝置存在。

它在人類賴以生存的能量生成、轉(zhuǎn)換及消耗過程中，不可或缺。從最早農(nóng)業(yè)文明時(shí)期解放人力、畜力的水車，到第一次工業(yè)革命的蒸汽輪機(jī)，再到現(xiàn)今陸、海、空、天皆廣泛使用的燃?xì)廨啓C(jī)，葉輪機(jī)械的性能水平始終是衡量國家科技、工業(yè)、國防和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。

對有著多年從事葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)工作經(jīng)驗(yàn)的伊衛(wèi)林來說，術(shù)業(yè)有專攻，他要給予科研絕對的專一與專注，長久以來的目光總歸是繞不開壓氣機(jī)和渦輪，這兩者一個(gè)增壓耗能，一個(gè)降壓做功，而正是在增降收放的機(jī)械律動(dòng)之間蘊(yùn)藏著許多等待人們探索挖掘的秘密。

讓“工業(yè)之花”綻放

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，作為飛行器的心臟，素以“工業(yè)之花”著稱。其性能水平直接關(guān)乎著整個(gè)飛行器的性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。它的發(fā)展也是一個(gè)國家科技和工業(yè)推進(jìn)的重要保障，對國防和國民經(jīng)濟(jì)有著不言而喻的重要作用。因此，隨著燃?xì)廨啓C(jī)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，葉輪機(jī)械的內(nèi)部流動(dòng)研究也需積極響應(yīng)時(shí)代要求，為深入迫切的性能需求加些速度。

伊衛(wèi)林

通過伊衛(wèi)林簡要、清晰的闡釋，有些東西是可以明確的。譬如，壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)鉁u輪，這是構(gòu)成航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件；推重比、耗油率和穩(wěn)定裕度，這是表現(xiàn)機(jī)體性能的重要參數(shù)；葉片幾何、氣動(dòng)性能和角區(qū)分離，這是提升整體運(yùn)作效率的優(yōu)化重心。“葉輪機(jī)已經(jīng)歷經(jīng)了兩代三維葉片的發(fā)展，‘基元葉型’和‘掠彎積疊’幾乎用盡了基元葉柵負(fù)荷及其展向匹配潛力，如何精細(xì)化調(diào)控端區(qū)流動(dòng)和角區(qū)分離進(jìn)而加快新一代三維葉片設(shè)計(jì)是目前正在面臨、亟需解決的問題?！币列l(wèi)林如是說道。

伊衛(wèi)林表示，他當(dāng)下的研究重點(diǎn)還是葉輪機(jī)械氣動(dòng)方面，為葉輪機(jī)械中的端區(qū)流動(dòng)控制尋求最優(yōu)配置?！斑@么多年來，模擬也好、設(shè)計(jì)也好，主要針對的對象一直是葉輪機(jī)。不管是葉輪機(jī)械流動(dòng)機(jī)理研究，還是近期涉及較多的端區(qū)流動(dòng)控制研究，它們最終的目的都是為了提高葉輪機(jī)械的整體效率和性能。不過要將一個(gè)設(shè)計(jì)變成實(shí)實(shí)在在的市場產(chǎn)品，除了我進(jìn)行的前期工作外，還需要材料、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及加工制造試驗(yàn)等多方面的參與?！?/p>

20世紀(jì)初，投身原“973”、原“863”計(jì)劃等重大項(xiàng)目，分擔(dān)研究工作的同時(shí)，伊衛(wèi)林向前輩請教方法，與同齡人交流思想經(jīng)驗(yàn)。自始至終，他都沒讓自己閑下來，始終保持著高度的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，為理論和實(shí)踐謀求一個(gè)最佳的契合點(diǎn)。在國家自然科學(xué)基金的支持下，他緊抓機(jī)會(huì)，在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中挑起大梁，展開數(shù)值模擬、CFD程序開發(fā)等設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)體系的研究。以葉輪機(jī)端區(qū)流動(dòng)損失為出發(fā)點(diǎn)，他率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對端區(qū)幾何進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，他說：“端區(qū)流動(dòng)損失占據(jù)整個(gè)機(jī)械損失量的三分之一。為什么損失這樣高？它的主要來源是什么？如何達(dá)到有效控制？這些都是我們在思考和準(zhǔn)備解決的問題?！?/p>

伊衛(wèi)林介紹，相關(guān)研究已獲得3項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持?！扒嗄昊鹬荚趯﹄x心壓氣機(jī)、渦輪增壓器進(jìn)行深層次探索，兩項(xiàng)面上基金更多的是會(huì)考慮流動(dòng)控制方面?！痹谒磥恚酝芯恐胁环τ袑α鲃?dòng)控制的諸多嘗試，卻仍有待突破。雖然有一些新裝置的加入能解決部分問題，但往往會(huì)造成額外消耗、費(fèi)用等新問題。

同在北京理工大學(xué)的季路成教授對伊衛(wèi)林的影響頗深，其針對端區(qū)流動(dòng)高損失因素提出的包含非軸對稱端壁的完全葉柵端壁融合（BBEW-Blended Blade and Endwall)和前緣邊條(LESB-Leading Edge Strake Blade)方法，能在一定程度上解決不同來源端區(qū)損失?；谶@一思想，他們團(tuán)結(jié)合作，實(shí)現(xiàn)了突破。“我們思前想后，感覺還是應(yīng)該在葉片和端壁本身入手，在加工設(shè)計(jì)上多做文章，這樣也就能確保不會(huì)有額外的設(shè)備和消耗加入。”而后，他們通過理論研究、數(shù)值模擬及試驗(yàn)驗(yàn)證，基于端區(qū)流動(dòng)模型建模，很快掌握了角區(qū)分離機(jī)理，建立起B(yǎng)BEW/LESB參數(shù)化構(gòu)型，并成功獲得了角區(qū)分離起始、發(fā)展及演化的作用機(jī)理、影響規(guī)律，提煉出構(gòu)型參數(shù)與葉片幾何、氣動(dòng)性能、角區(qū)分離諸參數(shù)的一系列關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則。

守正出新 應(yīng)需而行

有的話聽起來很容易，但真要落實(shí)到行動(dòng)上則有著千難萬難。從工業(yè)發(fā)展以來，之于葉輪機(jī)本身形式的研究，可謂“前人之述備矣”，那么要在浩如煙海的研究中做出新意、創(chuàng)意，伊衛(wèi)林明白這條路很長，還不大好走。

“要?jiǎng)?chuàng)新的確有難度。試驗(yàn)條件、研究經(jīng)費(fèi)等也有一定限制，但這些并不能成為中斷研究的借口?！币恢币詠?，他憧憬的是攻克難題后的那份成就感。在他的認(rèn)知中，任何方向的研究皆非易事，但既然有所選擇便要有所堅(jiān)持。以樂觀積極的態(tài)度堅(jiān)持，在團(tuán)隊(duì)之間鼓勵(lì)、幫扶中堅(jiān)持。

與學(xué)生合影

這些年來，除了加大工作力度、推進(jìn)項(xiàng)目研究外，伊衛(wèi)林時(shí)刻留心著行業(yè)領(lǐng)域的變化發(fā)展。他肯定了國內(nèi)研究同尖端前沿的差距，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)會(huì)在數(shù)值模擬、設(shè)計(jì)技術(shù)、試驗(yàn)方法上繼續(xù)進(jìn)行全新的嘗試和探索?！皩W(xué)科的先進(jìn)性發(fā)展不論是對于國家工業(yè)還是國防建設(shè)而言都尤為重要。既然要?jiǎng)?chuàng)新，照搬改進(jìn)定然不可取，要結(jié)合國家需要、市場需求進(jìn)行定向開發(fā)?！彼运难芯抗ぷ鬈娒窦鏉?jì)，面向航空、地面、航海動(dòng)力裝置發(fā)展開展具體型號的開發(fā)。

與國家發(fā)展同步，同企業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，伊衛(wèi)林還希望在新能源領(lǐng)域的先進(jìn)循環(huán)、復(fù)雜應(yīng)用等方面有所斬獲。他對國家最新設(shè)立的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨唭蓹C(jī)專項(xiàng)分外期待，“以葉輪機(jī)械為核心的新循環(huán)發(fā)展將逐漸興起，身為新一代的青年科研人，我希望在更高層次的國家重點(diǎn)項(xiàng)目上有所貢獻(xiàn)”。

科研工作是伊衛(wèi)林牢牢把握的一部分，此外他會(huì)把余下精力付諸教育教學(xué)層面。他指出，當(dāng)前學(xué)科教學(xué)的矛盾主要集中在需要夯實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性之間?！耙怨た苼碇v，理論知識(shí)是研究開展的必備前提。作為老師，我會(huì)盡可能通過發(fā)展新的授課形式來激發(fā)學(xué)生的興趣，在枯燥的基礎(chǔ)原理中融入現(xiàn)代化發(fā)展實(shí)況，讓他們在對技術(shù)發(fā)展有所了解的同時(shí)掌握好最基本的東西?！?/p>

他最為看重的是思路開闊與否，不提倡死記硬背，更希望每個(gè)人都能夠鍛煉出運(yùn)用思維武器解決問題的能力。發(fā)現(xiàn)前人尚未開墾的園地，用不一樣的看法和結(jié)論體現(xiàn)自身的差異，印證行世一遭的價(jià)值，在伊衛(wèi)林看來，人生也都充滿了無限的趣味。