為共和國巨輪鑄造強勁“心臟”

倪海波

1791年，英國人巴伯首次描述了燃氣輪機的工作過程。那正是工業(yè)革命萌芽的年代，整個世界正徜徉在科技的狂想曲中。驅動世界運轉的動力——燃氣輪機成為科學家的終極夢想。

200多年后，燃氣輪機已經(jīng)從當年那個理論幻想，成為國防、工業(yè)發(fā)展都離不開的“心臟”。

長期以來，世界發(fā)達國家一直把燃氣輪機作為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，投入巨資研制和開發(fā)燃氣輪機新產(chǎn)品、新技術，改善和提高燃氣輪機的性能。發(fā)達國家紛紛制訂了燃氣輪機的專項發(fā)展計劃，這一關系國家能源及國防安全的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)成為衡量一個國家科技水平、軍事實力、綜合國力的重要標志之一。

自新中國成立以來，我國就十分重視燃氣輪機技術的發(fā)展。如今，隨著強國號角的吹響，這顆制造工業(yè)“皇冠上的明珠”愈加凸顯出其重要的戰(zhàn)略意義：無論是捍衛(wèi)天空、經(jīng)略海洋，還是工業(yè)建設、電力保障，燃氣輪機都是驅動大國巨輪的核心部件。國家“十四五”規(guī)劃強調，要進一步推進燃氣輪機技術向高端化、專業(yè)化發(fā)展，推進燃氣輪機國產(chǎn)化進程。隨著國家“兩碳戰(zhàn)略”的實施，燃氣輪機制造將迎來新的發(fā)展機遇期。

然而與燃氣輪機重要地位對應的，卻是長期以來我國在燃氣輪機自主研制領域相對落后的現(xiàn)實。

2014年，“航空發(fā)動機與燃氣輪機”國家科技重大專項（以下簡稱“兩機專項”）實施方案正式上報國務院，其目的就是通過重點型號自主研制，建立我國“兩機”動力行業(yè)的自主創(chuàng)新能力體系，把我國航空發(fā)動機和燃氣輪機行業(yè)打造成具有國際競爭力的戰(zhàn)略性高技術產(chǎn)業(yè)，以滿足我國航空、能源和電力工業(yè)對高性能動力裝備的需求。

在這一備受矚目的重大專項的角逐中，一支高?？蒲嘘犖槊摲f而出，這就是組建于1952年的上海交通大學葉輪機械研究所。從新中國初始到如今，研究所經(jīng)歷了近70載歲月，始終站在共和國崛起的潮頭上劈波斬浪。它的名字雖幾經(jīng)更迭，不變的卻是一脈傳承、專研至精的事業(yè)——研制中國自己的燃氣輪機。

70年積淀 強國有我

1952年，葉輪機械研究所的前身在上海交通大學成立，其先后更名為“渦輪機、熱力發(fā)動機、熱力渦輪機械、熱能動力工程”專業(yè)，這也是當時全國高校率先成立的以渦輪機設計為主的專業(yè)。1988年，它被原國家教委首批批準設立熱力渦輪機械重點學科點及首批獲得國務院頒發(fā)的博士學位授予權。

上海交通大學渦輪機專業(yè)首屆畢業(yè)生合影留念

經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，如今，葉輪機械研究所隸屬于“動力機械及工程”國家重點學科，設立了“動力工程和工程熱物理”一級學科博士后流動站，并成為原“211工程”和原“985工程”重點建設學科。

這是一個有著學術傳承的專業(yè)。自成立以來，先后有王希季、翁史烈等5位科學院院士或工程院院士在此工作和學習。其中，王希季院士作為第一任教研室主任，其嚴謹?shù)闹螌W風格一直影響著周圍的同事及學生。翁史烈院士擔任了13屆上海交通大學校長，始終深受學校師生的尊敬和愛戴。

“正是由于這些優(yōu)良傳統(tǒng)的傳承和發(fā)揚，使得這個專業(yè)在人才培養(yǎng)中涌現(xiàn)出大批國家建設中的優(yōu)秀人才。他們都在國民經(jīng)濟和國防建設中起到了不可替代的作用?！鄙虾＝煌ù髮W葉輪機械研究所原所長、首席研究員臧述升，談起研究所的發(fā)展歷史，總是飽含感情。

優(yōu)秀人才是富饒的學術土壤培育出的碩果，葉輪機械研究所正是這樣一個培育杰出人才的搖籃。以渦輪機專業(yè)為例，作為我國重點高校中僅有幾個從事燃氣輪機領域教學科研工作的專業(yè)之一，其長期以來培養(yǎng)的大批優(yōu)秀領軍人才在我國主要國民經(jīng)濟及國防建設領域發(fā)揮著重要作用。該專業(yè)隊伍先后承擔了國家重點及重大科研項目，早在20世紀70年代末，該專業(yè)就承擔了國防重要項目——航空發(fā)動機船用化改造研制任務。

“那時候，國家投入300萬元經(jīng)費，并無償?shù)卣{撥了一臺嶄新的航空發(fā)動機用于開展研制工作。這在當年的經(jīng)濟環(huán)境下可見國家的支持力度是何等之大！”研究所當時集全所力量動員了30余位教師，圍繞發(fā)動機的渦輪及壓氣機的氣動、結構、自控和總體性能直至整機試車等全部部件和系統(tǒng)，開展了細致深入的研究工作，最終圓滿地完成了這項重大項目的研制工作，并獲得了嘉獎。

翁史烈院士（前排左二）在與青年教師及學生討論問題

隨著國家經(jīng)濟建設的發(fā)展，燃氣輪機在國民生產(chǎn)建設中的地位也愈發(fā)舉足輕重，而這也成了研究所主攻的方向之一。進入20世紀80年代后，隨著我國大型燃氣輪機的不斷使用，國內急需與之配套的高性能燃氣輪機進氣及排氣裝置的研制，研究所在國內較早地開展了相關領域的理論及試驗研究工作，其研究成果也在該領域發(fā)揮著重要作用。

“由此可見，在我國，對于重點大學而言，辦學專業(yè)方向的選擇對培養(yǎng)國家高層次的人才及滿足國家重大發(fā)展需求是至關重要的。”臧述升說道。

堅定方向 為國而研

一個專業(yè)能夠傳承發(fā)展70年，靠的是什么？在臧述升看來，定位尤其關鍵。

葉輪機械所作為長期從事燃氣輪機相關理論及技術教學與科研工作的單位，最難能可貴的就是全體教師都深知專業(yè)的責任與使命——培養(yǎng)高端人才，滿足國家建設需要。因此，圍繞燃氣輪機的關鍵技術，大家始終將專業(yè)的定位聚焦于本領域的工程應用基礎研究，注重發(fā)揮高校在理論研究中的優(yōu)勢。

20世紀末，研究所就在國內較早系統(tǒng)開展了船用燃氣輪機性能的仿真方法的研究，從最初的模擬仿真機到數(shù)字仿真方法，研制開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的應用軟件，并在實際的船用及重型燃氣輪機的研制與開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。與此同時，研究所還密切跟蹤國際燃氣輪機學科發(fā)展趨勢，不斷探索其發(fā)展前沿，較早地開展了航空發(fā)動機及燃氣輪機的氣動聲學理論及方法研究，其學術論文在著名國際燃氣輪機會議上被評選為優(yōu)秀論文，開辟了我國燃氣輪機氣動聲學研究的嶄新領域。另外，在渦輪機高溫葉片的發(fā)展研究中，研究所對陶瓷材料的高溫渦輪葉片開展了探索性研究，并對用于發(fā)射推進的空氣渦輪開展了研制，其樣機圓滿地達到了指標要求。這些工作為研究所在現(xiàn)代渦輪設計方法及后期的高溫渦輪葉片的研究中奠定了堅實的基礎。

時間進入21世紀后，隨著改革開放的不斷深入，研究所的發(fā)展定位問題再次被提上日程，尤其是隨著新老教師的交替，一代新人如何繼承和發(fā)揚研究所的輝煌業(yè)績顯得尤為重要。為此，研究所在老教師的悉心引導下，逐漸明確了新時期的發(fā)展方向?！半m然當時我國燃氣輪機領域還未得到充分發(fā)展，國內也僅存幾所高校還擁有與燃氣輪機相關的專業(yè)。但研究所的同志們還是堅信未來的燃氣輪機技術一定會在國民經(jīng)濟發(fā)展重點領域里發(fā)揮重要作用。作為長期從事燃氣輪機相關教學科研的傳統(tǒng)專業(yè)，我們更有責任為未來我國燃氣輪機的發(fā)展作出貢獻?！标笆錾貞浀?。

在強烈的使命感驅動下，研究所新時期的發(fā)展目標定位于聚焦“在不久的將來能夠在我國燃氣輪機的發(fā)展中有所擔當”，同時要面對現(xiàn)實，圍繞困擾我國燃氣輪機發(fā)展的關鍵技術開展研究，為國家未來的戰(zhàn)略需求奠定基礎。

在這樣的時代主題定位下，研究所這一階段涌現(xiàn)了一批重要成果。

眾所周知，作為現(xiàn)代燃氣輪機的核心技術，高溫部件的設計及其理論是研究的主要內容。因此，研究所首先開展了燃氣輪機燃燒技術的研究，其中，尤以燃燒室內部燃燒可視化的研究為代表。

1999年，研究所在丹麥哥本哈根Dantec公司購置了一套用于流場可視化的先進儀器，并組織了人員進行了為期一個月的技術培訓。利用這臺先進的激光測量設備，研究所的燃燒團隊在國內較早地進行了燃燒狀態(tài)下的火焰流場的研究，其研究成果幾乎與國外同行保持同步。在此基礎上，研究團隊又陸續(xù)開展了濕化燃氣輪機加濕旋流燃燒火焰結構及機理研究，并先后承擔了與濕化及低熱值燃氣輪機燃燒相關的國家重點基礎研究發(fā)展計劃（原“973”）項目和上海市科委重大項目，取得了創(chuàng)新成果，初步掌握了現(xiàn)代先進燃氣輪機燃燒的機理，為后續(xù)國家“兩機專項”的開展奠定了基礎。

除了燃燒技術，研究所的另一個研究重點是高溫冷卻葉片技術。這也是燃氣輪機的核心技術之一，是業(yè)內公認的制約燃氣輪機發(fā)展的關鍵所在。圍繞其主要問題，研究所針對當時應用的國際先進燃氣輪機高溫冷卻葉片，開展了理論及試驗研究，并通過建設高溫熱態(tài)渦輪冷卻葉片實驗裝置，進行了具有內部陣列冷卻結構的高溫渦輪葉片高溫冷效試驗，為相關的研究所提供了分析設計依據(jù)。后續(xù)研究所又相應地為國家主要工業(yè)部門開展了現(xiàn)代渦輪復雜冷卻結構的氣動及傳熱分析研究，掌握了主要分析及試驗方法，為工業(yè)及國防科研部門實際應用提供了有力的支撐。

與此同時，研究所繼續(xù)深入開展了燃氣輪機性能仿真技術研究，陸續(xù)承擔了工業(yè)部門及國家重點基礎研究發(fā)展計劃（原“863”）科技攻關項目，并開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的多軸燃氣輪機性能仿真軟件，且得到了實際的應用。

正是由于長期聚焦于國家的戰(zhàn)略需求，始終堅持以燃氣輪機為核心的葉輪機械發(fā)展方向，從而使得研究所在2017年啟動的國家“兩機專項”中能夠得以作為牽頭單位和主要參與單位承擔了其中的項目及多項子課題。這些課題涉及燃氣輪機總體性能、部件的氣動、燃燒及結構等燃氣輪機的多個學科。

臧述升（右）與王希季院士在人民大會堂參加上海交大機動學院建院100周年紀念大會的合影

“這充分說明了研究所長期堅持不懈地圍繞專業(yè)的重點、核心問題開展研究是極其正確的選擇，也體現(xiàn)了研究所教師們對國家發(fā)展的歷史擔當?！标笆錾f。

“搭臺唱戲” 管理先行

穿過漫長的歲月長河，葉輪機械研究所的發(fā)展也曾幾經(jīng)沉浮。在“賣導彈不如賣茶葉蛋”的時代潮流中，他們堅持了下來。無論是專業(yè)遇冷，還是被高度重視，葉輪機械研究所始終佇立潮頭，堅守著自己的事業(yè)，凝視著發(fā)展的方向。創(chuàng)業(yè)難，守業(yè)更難，研究所發(fā)展至今靠的是一代代科研工作者前赴后繼的堅持。

在臧述升看來，大學的重點學科的建立與發(fā)展，除了要有一支專業(yè)能力很強的教師隊伍外，其實驗室的硬件建設也是十分重要的。自20世紀90年代，研究所就十分重視實驗室先進流體測量儀器的采購配置，在全國高校中率先購置了PDA、PIV及熱線風速儀等國際上先進的測量儀器，為研究所教師開展高水平的科學研究提供了有力保障。與此同時，研究所的老師也利用出國進修的機會學習國外的先進測量技術與管理方法，并在回國后將原有的采購計劃改為了自行搭建計劃，通過購置國外部分儀器部件在研究所進行了設備的搭建，并進行了軟件系統(tǒng)的自主開發(fā)，由此建立一套完整的用于燃燒可視化的PLIF光學設備。相比于直接從國外采購，這套設備節(jié)約了人民幣七八十萬元。而最為重要的是通過這一過程，他們掌握了這套設備的使用及維護方法，這臺儀器也成為多年來使用率都保持很高記錄的重要儀器，在多項國家及企業(yè)的燃燒可視化研究中發(fā)揮著重要作用，使葉輪機械研究所在激光可視化顯示工作方面走在了國內前列。

2007年，隨著學校閔行校區(qū)的建設，研究所在學校及學院的統(tǒng)一領導下也開展了新的實驗室建設。與此同時，研究所也為新的實驗室制訂了新的規(guī)則。

“實驗室建設的宗旨是要保障每位教師能夠順利地開展研究?！痹诖嗽瓌t基礎上，研究所采用了實驗室統(tǒng)一管理的制度，所有實驗室的任何房間，每位教師根據(jù)研究需要都可以申請使用，從而摒棄了部分高校實驗室以教師個人為主體來使用的慣例。事實證明，這種做法很好地解決了實驗場地緊張的問題。

研究所在實驗室管理上的另一個做法是按實驗內容劃分實驗區(qū)域，由實驗室人員統(tǒng)一管理?！把芯克Ａ袅瞬糠謱Ｂ毜膶嶒炄藛T，管理及協(xié)助教師或研究生的科研實驗工作的開展，這樣能極大地保障研究生進入實驗室開展工作的高效性?！标笆錾f。同時，在建設初期，研究所的教師與設計部門密切協(xié)調，從基礎地基到主要房間行車的規(guī)格，從弱電的接地到室內配電的分配，均為設計部門提供了詳細的要求，從而保障了實驗室投入使用后，科研工作的順利開展。

實驗室在大型測試儀器裝置的配備上，也是通過學校的建設經(jīng)費，根據(jù)教師提出的需求，進行統(tǒng)一采購和使用管理，保證了每位教師只要預約即可，在不收取費用的前提下根據(jù)實際科研內容的需要來使用，極大地方便了科研的順利開展，尤其是有利于年輕教師的科研工作。正是在這樣的管理下，研究所在流動及燃燒等方面的先進激光測量儀器的擁有量及使用率上一直保持在國內前列水平，同時也得到國外同仁的贊譽。

葉輪機械所青年教師在調試設備

這一系列有力措施，確保研究所多年來能夠在有限的空間內，高效大量地開展科研實驗工作，為未來的科研成果產(chǎn)出奠定了基礎。

學脈相承 人才永續(xù)

“所謂大學者，非謂有大樓之謂也，有大師之謂也。”打造一支優(yōu)秀的教師隊伍是一流水平高校的重中之重。而這其中，青年教師隊伍的建立與成長，更關系到專業(yè)學科的長遠發(fā)展。關注青年教師的培養(yǎng)，是葉輪機械研究所一直以來最為重視的工作之一。

當年一位青年教師從國外回國進入研究所工作，為了能夠使他盡快開展工作并發(fā)揮其專業(yè)特長，所里適當?shù)卣{整了原“985”的建設計劃，為其投入了一定的建設經(jīng)費，使這位教師在短時間內根據(jù)自己的想法建立了一套實驗平臺，并很快開展了實驗研究工作。很快這名教師就申請到了自然科學基金的支持，并在此基礎上做出了研究成果，僅用了5年就晉升為教授，并在國家“兩機專項”的立項申請中發(fā)揮了積極作用，得到了專項的支持。

回顧過去，研究所的學科建設、發(fā)展定位始終圍繞國民經(jīng)濟發(fā)展需求，無懼使命擔當，創(chuàng)造輝煌歷史；展望未來，研究所的使命、方向依舊不會改變，70年科研與人才積淀已經(jīng)成為研究所優(yōu)秀的基因，為它在建設科技強國的歷史進程中發(fā)揮更大作用提供了底氣。

“現(xiàn)在所里的年輕人都發(fā)展成長起來了，相信再過三五年都會取得不錯的成果。研究所的發(fā)展勢頭會越來越好?！标笆錾f。