分布式能源與熱管理團隊懷揣空天報國理想,依托北航航空航天領域優勢,長期緻力于航空發動機綜合熱管理、空天動力換熱器、先進測試原理與技術、分布式能源核心動力、超臨界碳氫燃料流動與換熱、渦輪葉片先進冷卻技術等六大戰略性、前沿性領域的科研攻關與技術創新。團隊現有教授3名、副教授3名、助理研究員1名、專職助理3名,博士/碩士研究生50餘名。
自團隊成立以來,分布式能源與熱管理團隊秉承“瞄準需求,精謀細耕”的發展理念,主動作為、攻堅克難,科研工作成果豐碩。團隊成員獲國家技術發明二等獎2項、高等學校科學研究優秀成果獎(自然科學獎)一等獎1項、**科學技術進步獎一等獎/二等獎4項;發表高水平論文400餘篇,獲批國家發明專利70餘項。

團隊淵源
航空航天技術代表着一個國家科技水平的高低和綜合國力的強弱。在中華民族自信而堅定地走向世界舞台中央的曆史進程中,一代又一代航空航天科研工作者心懷“國之大者”,潛心科研攻關,勇攀科技高峰,推動我國在這一尖端科學領域實現一個又一個突破。
腳踏實地為我國航空事業幹點事兒——2016年,徐國強、聞潔和全永凱決定正式成立分布式能源與熱管理團隊。
社稷蒼生念,拳拳赤子心。成立伊始,分布式能源與熱管理團隊堅持以航空報國為己任,秉承“瞄準需求,精謀細耕”發展理念,立足航空發動機基礎研究,投身國家航空航天事業。五年來,付衍琛、董苯思、張麗娜、孫京川、佟曉麗、梁泓淼、宋增萍先後加入,不斷為團隊注入新的活力。
堅持黨的領導,凝練團隊團魂。分布式能源與熱管理團隊始終堅持中國共産黨的全面領導,以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導,弘揚空天報國精神,厚植家國情懷。出生于河北承德的徐國強老師,骨子裡透着科學求實、無私奉獻的塞罕壩精神,帶領團隊跟随習總書記的腳步,兩次前往機械林場體會學習塞罕壩精神,堅定團隊理想信念,鑄牢初心,激勵團隊面向國家重大戰略需求,對标世界科技前沿,争做航空發動機基礎研究領域披荊斬棘的排頭兵。

多年來,分布式能源與熱管理團隊先後牽頭承擔多項國家科技重大專項及條件保障、973課題、MJ科研等國家級課題。依托北京北航沙河校區(标志性平台)、洛陽航空航天産業園(産學研基地)、杭州餘杭研究院(前沿探索基地)三大基地,建設航空發動機綜合熱管理半物理多部件協同仿真數字化平台、航發熱管理部件穩/瞬态流動與傳熱性能測試平台等一批一流實驗設施,開展前沿基礎科學問題研究,力求突破并掌握熱管理“卡脖子”核心技術。

人才培養
十年樹木,百年樹人。中華民族的飛天夢想在一代又一代航空航天人的接續奮鬥中愈發清晰。步入新時代,中國的航空航天事業,更需要有高素質、專業化的一流人才隊伍。
成立以來,團隊堅持踐行立德樹人理念,厚植航空情懷,通過全面覆蓋本科核心專業課程、本科實驗課程以及研究生專業課程的教學内容,将“空天報國”的理念播撒于每一位學生心間,為國家培養愛黨愛國、知行合一、淡泊名利、皓首窮經的科技人才。
徐國強教授作為團隊的領軍人物,從教30餘年,在三尺講台上踐行報國之心、育人之志。他所講授的《傳熱學》是北京市精品課程,深受廣大師生喜愛;他教書育人,桃李滿天下,培養出一支8人青年傳熱學教學團隊。如今,團隊培養的學生遍布航空航天主機廠所,包括北京航發集團順義研究院、成都624所、沈陽606所、株洲608所、上海商發、北京航天科技一院五院、航天科工三院、上海商飛等。在紅色基因的牽引下,畢業生繼續投身國家航空航天事業,貢獻自己的薪火力量。另有不少畢業生繼續在海外深造,學以緻用、報效祖國。

盡職盡責育人育德的同時,團隊還堅持用心用情關愛學生,為學生提供優質的科研資源,讓大家擰成一股繩、鉚足一股勁、心往一處想、勁往一處使。團隊科研方向遵循“一條主線、多個分支”,學生進組後充分尊重其科研偏好,選其所愛;分屬三地的十餘台套科研平台、加工配套中心、多組服務器及超算平台,全鍊條提供科研條件保障;每年為每一名學生購買獨立保險,保證學生日常及出差安全;除基本補助,還提供派駐、差旅及突出成果獎勵等多維補助;支持鼓勵學術交流、國外聯合培養等,積極為學生指導并推薦就業;團隊年輕教師分布各小組,想學生所想,疏學生所憂。

團隊文化
文化興、國運興,文化強、民族強。文化是一個國家、一個民族的靈魂,更是一個團隊的精神内核。
成立以來,團隊一直在追問和思索:我們成立團隊的目的是什麼?我們能為國家航空航天事業發展做什麼?團隊如何實現可持續發展……。一系列探索凝練後,最終形成了今天十六字的團隊文化——牢記使命,作風紮實,勇于擔當,持續創新。

牢記使命:初心如磐,孜孜不倦攻堅
航空發動機是國之重器、國家戰略,助力航空發動機發展是國家賦予的職責和使命。成立之初,“熱管理”這一關鍵技術還停留在表象探索階段,團隊決心從國家重大戰略出發,瞄準行業痛點,發揮自身特長開展技術攻堅。
通過與各大院所深入交流和團隊内部不斷疊代,團隊航空發動機熱管理研究的思路不斷明确,即:定位于飛行全包線,通過統籌分配全速域/空域/時域下整機系統中各股能流,同步評估關鍵部件的熱環境,實現整機層面的能量高效利用和安全可靠工作,最終形成“整機—系統—部件”多層級航空發動機熱管理體系。
短短幾年,從0到1,孜孜以求。團隊掌握了航空發動機多熱力循環關聯機制及控制參數影響規律,形成了全速域/空域/時域内發動機整機穩/瞬态能流匹配方法和基于啟發式算法的發動機能流網絡求解方法,逐步建立了多維度發動機能量利用系統評價體系。
知行合一,學以緻用。面向飛行任務需求,團隊積極推動基礎研究成果落地實踐。基于理論與計算分析,首次多維度解析了冷卻冷卻空氣方案(CCA)的技術優勢,證明了方案“更高、更快、更遠”的飛行性能;面向未來全任務内複雜多變工況設計需求,探索熱管理方法和技術,将在未來若幹年内支撐航空發動機全飛行任務内能流方案評估、關鍵換熱裝置性能/強度設計及驗證、典型熱端部件瞬态特性快速評估等關鍵需求的實施。

作風紮實:嚴謹務實,功力必不唐捐
“把事做實”——這是團隊領路人徐國強教授最常說的一句話,更是其行事作風最鮮明的個性。在某型号發動機預冷冷卻用氣-油換熱器工程樣機研發過程中,面對着苛刻的應用指标,每一名團隊成員都承受着重壓。每每遇到困難,基礎與工程經驗豐富的徐國強教授都會和大家一起研究技術細節,與一線工程師深入溝通,不斷疊代進行技術攻關。在廢品率極高的真空焊接與振動測試兩個環節,團隊經曆了無數個至暗時刻,在不斷改進、試錯中摸索前行,聞潔老師和全永凱老師更是長期駐紮現場。在全員共同努力下,曆時一年半突破技術瓶頸,完成了國内首台組合動力換熱器工程樣機的交付,通過了120分鐘23g功率譜密度耐久振動與驗證機地面最大狀态考核,赢得了需求方高度贊譽。

在過去的一年中,團隊先後完成了具備降低超高沖壓空氣1300K的冷卻能力及≮40000 kW/m3的高緊湊度燃油-空氣換熱器樣機研發工作。去年受疫情影響,洛陽産學研基地廠房工期嚴重滞後,團隊不得不在尚未安裝窗戶及保溫設施的廠房中開展研發工作。寒冬臘月,聞潔老師堅守實驗現場近1個月,常與研發團隊一起工作到深夜一兩點。課題測試完成後大家激動擊掌的瞬間成為了團隊2020年冬天最溫暖的記憶。

面對高超聲速飛行器“多熱少電”關鍵矛盾,團隊充分利用飛行器沖壓空氣、燃氣及油氣等介質實現無旋轉機械條件下的電力供給。在某型号沖壓空氣渦輪發電樣機的研發過程中,由于航空煤油存在結焦、裂解甚至爆燃危險,如何安全穩定地發揮其在1200K高溫環境的冷卻效能成為一大難題。在徐老師的總體指導下,董苯思老師帶領項目小組,通過與各領域專家交流研讨,逐一擊破氣動、傳熱、機械等方面的難題,創新性提出了基于航空煤油的高溫空氣渦輪冷卻及密封可靠設計方案。該樣機完成試制後,在疫情期間克服重重困難通過了55000RPM的冷吹測試,測試結果得到需求方的高度評價,為進一步落地轉化奠定了堅實基礎。

勇于擔當:迎難而上,無懼科研難題
一切偉大成就都是接續奮鬥的結果,一切偉大事業都需要在繼往開來中推進。為進一步提升我國航空發動機和燃氣輪機行業的自主創新能力,黨中央國務院批準設立了國家科技重大專項并于2017年啟動基礎研究項目。團隊第一時間提出申請,獲批牽頭2項基礎研究項目,另參與5項。
團隊重點攻關的一項是超臨界傳熱與燃燒耦合等基礎科學問題,解決未來高性能航空發動機超高渦輪前溫度下的部件熱防護難題。面對國外技術封鎖、參考資料少之又少的困境,全體成員依靠紮實的發動機基礎知識儲備,反複研讨,最終形成了耦合方案并提出了驗證的技術路徑,為未來航空發動機性能提升開拓了嶄新的思路。

與此同時,團隊還積極承擔國家重大基礎科研平台建設,建設中的擁有國内頂尖指标的傳熱燃燒耦合試驗裝置,可在航空發動機近真實溫度、壓力範圍内,驗證氣-氣、氣-煤油換熱器的綜合性能,支撐未來高性能航空發動機熱防護方案設計。
在洛陽産學研基地自主設計并建設有超高溫純空氣換熱/發電一體化測試平台、小流量超高溫純空氣換熱測試系統、高旋轉數典型内冷單元流動傳熱實驗平台等,可實現1650K與1220K兩個級别的高溫空氣穩定供給,平台群關鍵指标國内領先,與國内科研院所的其他平台形成互補優勢。

持續創新:傳承底色,創新引領發展
創新是社會發展與進步的不竭動力。高校是社會創新的主體,科研團隊是高校創新的基石。沒有創新性基礎理論成果、缺少可轉化為現實生産力的應用技術成果,文章再多、經費再多,也不能占據世界科技的制高點。
分布式能源與熱管理團隊始終堅持創新驅動發展,注重創新氛圍營造,鼓勵年輕教師走出去,多學習、多交流,開闊視野、拓展思維,激發創新活力。近幾年,團隊以創新思維引領研究方向。針對高溫/高壓/高旋速/複雜幾何構件表面瞬态溫度場精确測試需求,全永凱老師在國内率先開展了基于塗層光譜效應的高溫固體表面瞬态溫度場測試新方法研究,獲得了固體溫度對稀有元素激發/發射特性的影響規律,揭示了塗層内激發光和熒光的産光、消光的物理機制。在杭州創新研究院(餘杭)的支持下,建設了非接觸式高精度磷光測溫光譜分析實驗室,初步完成了測溫原理驗證,力求最終形成适用于航空發動機熱端部件表面溫度場瞬态測試的新理論、新方法。

此外,團隊還積極探索“老樹發新芽”,在傳統優勢領域續寫新篇章。針對高超聲速飛行器進氣預冷和主動熱防護對碳氫燃料高熱沉及其釋放規律的需求,付衍琛老師融合傳熱學機理與化學反應原理,緊跟學科交叉前沿與國家重大戰略需求,開展了超臨界壓力下碳氫燃料裂解流動換熱機理和裂解化學熱沉釋放規律研究。探索了多因素耦合對熱沉釋放的影響規律,分析了非穩态及第三類邊界條件影響燃料裂解反應起始溫度、反應速率和總熱沉的調控機制。基于研究成果及深度預冷需求,設計研發了可充分發揮燃料熱裂解熱沉的微細管束碳氫燃料裂解換熱器。目前正在結合高精度實驗測試技術和數值模拟技術,力求形成可用于高超聲速飛行器主動冷卻的高效冷卻結構,建立超臨界壓力碳氫燃料流動、換熱和熱沉釋放理論體系和數據庫。
謀劃未來,瑞雪兆“豐”年
精謀細耕,共創未來。2021年11月7日,北京迎來了今年的初雪,分布式能源與熱管理團隊全體教師召開了謀劃“十四五”發展規劃的團隊内部建設研讨會。徐國強教授重拾2018年首次團隊研讨會“精謀細耕 共創未來”的主題,點評了團隊近兩年所取得的成績,結合當前發展大趨勢,制定了團隊“十四五”發展目标。會上,團隊成員各抒己見,就團隊組織模式、個人學術發展、激勵機制等多方面核心問題進行了激烈讨論,最終達成了一緻共識。此次會議進一步提升了團隊的凝聚力、向心力,大家共謀團隊發展新藍圖,寄翼攜手共譜航發事業新篇章。

征途漫漫,惟有奮鬥。在中華民族意氣風發開啟第二個百年奮鬥目标的嶄新曆史方位,分布式能源與熱管理團隊将依照黨中央号召,無愧使命擔當,埋頭苦幹、勇毅前行,繼續承擔起時代賦予科研工作者的使命與責任,服務國家重大戰略,對标世界科技前沿,堅持航空報國與創新驅動,潛心研究航空發動機基礎科學,腳踏實地為我國航空事業幹點事兒,為提升我國航空發動機自主研發能力貢獻更大力量。