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南航人物丨袁慎芳:为飞机“做体检”的女超人

发布人:丁毅 发布日期:2019/12/04 浏览:213

编者按:今年,我校“飞行器整体结构的制造与监测”群体成功入选国家自然科学基金创新研究群体,这是我校首个获批立项的国家自然科学基金创新研究群体,实现了学校在国家级创新群体项目上零的突破。12月4日,《新华日报》科技周刊报道了“飞行器整体结构的制造与监测”群体带头人、航空学院袁慎芳教授的事迹,现转发全文。


国家自然科学基金创新研究群体带头人袁慎芳:

为飞机“做体检”的女超人


日前,南京航空航天大学“飞行器整体结构的制造与监测”群体成功入选国家自然科学基金创新研究群体项目,“创新群体”是国家围绕重大方向、培养和造就在国际科学前沿占有一席之地的研究群体。记者近日访谈了群体带头人袁慎芳教授,她也是机械领域首位牵头群体项目的女科学家。


群体攻关,

让未来飞行器更“智能”


在南航机械结构力学及控制国家重点实验室,袁慎芳是巾帼不让须眉的“科研女杰”。

33岁晋升教授,44岁时连续入选“杰青”“长江学者”,有一系列辉煌战绩,拥有很多“光环”的袁慎芳本人却显得格外沉静,除了“加急”的语速透露出她“女超人”的本质。

记者两次探访袁慎芳都是在周末,只要不出差,她都喜欢在办公室梳理科研和工作的思路。面对记者,她特别想谈谈的,是创新群体未来攻关的方向。

创新群体做什么?袁慎芳概括道,“我们将围绕先进飞行器结构的重大需求‘部件整体化、结构轻量化、维护智能化’,在智能制造和智能监测两方面持续创新,力争做出世界一流的科研成果。”

整体结构有什么好处?袁慎芳以航空发动机结构创新和技术跨越的核心部件叶盘举例。过去叶盘是分离结构,83个叶片需要一一连接到巨大的盘体。而叶盘采用整体结构后,零件将大幅减少,装配流程将大大简化,整体减重30%,可靠性将大幅提升。采用整体结构的先进飞行器结构性能将大大提升,但大型整体结构,带来的问题是加工制造难、维护难、更换昂贵,这都需要智能监测,帮助飞机随时随地作“自身体检”,精准实时地了解飞机的“健康”状况。

未来更“智能”的飞行器令人向往。南航的邱雷教授是袁慎芳的学生。他解释说,相对传统飞机“不智能”的结构,未来飞行器可以根据飞机实际飞行状态去“变形”。“起飞时翼展面积要大,高速巡航的时候翼展面积要小,而这个概念已经在机械上有所应用”,此外未来飞机还可能与人体一样实现“自我诊断和自我损伤修复”,真正完全实现自我感知的智能功能。这些美好畅想的落地,都需要智能制造和智能监测技术的突破,需要袁慎芳和科研伙伴一步一个脚印地跋涉。


深耕结构健康监测,

她从爱玩的人变成“拼命三娘”


如今,智能结构研究已经是变革传统结构功能的前沿尖端技术。但30年前,这个方向还少有人敢涉足。

袁慎芳记得,上世纪90年代初,导师陶宝祺教授从国外回国,在“没钱、没人、没设备”的“三无”境地下,开创了国内航空智能结构的研究。

当时被免试保研的袁慎芳对科研兴趣并不大,甚至婉拒了导师给的硕博连读的机会,但在导师的引导下她的科研兴趣渐浓。有次,陶教授给袁慎芳布置了一项特殊的 “科研任务”———维修他自行研发的设备。没有图纸,只有一篇学术发表的文章,生性好强的袁慎芳每天一上完课,就向实验室飞奔而去,装了拆,拆了装,每天都要捣鼓好几个小时。两个月后,袁慎芳终于维修好了设备,一种莫大的成就感和幸福感油然而生。

回忆起当初的情景,袁慎芳说,“拼搏是快乐的,进入团队前我是一个爱玩的人,但进入团队后的十年中,我几乎放弃了所有娱乐活动。”

10年里,随着一个个技术难关的攻克,南航航空智能材料与结构研究渐入佳境,已由当初的智能材料与结构研究所,发展壮大为智能材料与结构航空科技重点实验室。当时29岁的袁慎芳承担了重点实验室副主任一职;1998年团队在“强度自诊断自适应智能结构”的研究上获国家技术发明三等奖,袁慎芳是第二完成人;而一系列重要成果的问世,也让陶宝祺于1999年顺理成章地戴上了院士桂冠。

正当师徒踌躇满志,准备开创一番事业时,陶宝祺院士因为长年呕心沥血的工作身患癌症,在2001年不幸去世。袁慎芳失去了最重要的领路人和合作者,当时智能结构基础研究资助的高峰期已过,航空航天工程应用又要求苛刻,团队研究一时陷入了低潮。很多人对智能结构研究前景不看好,此时的袁慎芳毅然挑起了智能材料与结构航空科技重点实验室的大梁,每当遇到困难,导师的声音就回响在耳边:“只要肯干,努力干,想办法干,总能干成的。”

“仰之弥高,钻之弥坚。”30年来,袁慎芳曾谢绝国外职位及国内其他高校的高薪、住房诱惑,从不承担和主攻方向不切合的项目。“结构健康监测有很多工业上的应用,找袁老师的项目很多,包括有很大经济效益的横向课题,但她始终围绕航空特色,深耕智能结构和健康监测前沿方向心无旁骛,‘什么都想做,往往什么都做不好’是她做事的理念。”说起袁慎芳,邱雷打心底里佩服。


创新技术走出实验室,

成果应用于国产大飞机


结构健康监测技术是通过与结构一体化集成的传感器网络来实现结构状态的监测和预测,但飞行器的应用对该技术提出了高可靠性、轻量化等苛刻要求,因此飞行器智能结构和健康监测工程应用难度很大。

尽管前路坎坷,但袁慎芳认定智能结构和健康监测这一创新技术必须走出实验室,服务国家发展的重大需求。

邱雷在2005年加入袁慎芳团队,在袁慎芳带领下一直从事飞行器结构健康监测技术的应用基础研究和应用推广工作。据他回忆,“国内外飞行器领域对新技术的应用总体持保守态度,一项新技术要经过充分的工程适用性验证和考核才能应用于飞行器。当时结构健康监测方法还局限于实验室研究,偏向工程应用很难发表高水平的论文,并且失败的可能性很大。但袁老师立志为国家科技发展作贡献,一定要突破飞行器应用的关键难题。”

邱雷说,从那时开始,袁慎芳带领团队发挥愚公移山的精神,与阻碍应用的关键难题死磕到底。扎根于我国飞行器重要试验和使用维护基地,开展了大量的外厂重要型号部件和全机结构试验验证,通过10余年反复的研究-验证迭代,在屡次失败后终于在型号应用中实现了突破。

南航讲师任元强老师2012年跟着袁慎芳开始硕博连读,在袁慎芳团队工作。“我们看到别的组同学出了很多文章,有时也会有急功近利的想法。这时候袁老师就会提醒我们要稳扎稳打,不仅在原理上突破,还要做实事,真正把相关技术向工程应用推广。”目前任元强正在团队中做健康结构监测工程化应用系统的优化研发,这些系统已经经历好几次迭代。


至今,团队自主研发的系列导波结构监测系统已获得40余项专利授权,包括美国专利,已推广应用于中国商飞等20多个机构。成果成功实现了型号应用从无到有的突破,先后应用于10余个重大飞机型号,应用涵盖设计、试验、维护、延寿全环节。成果还被全球最大航空维护维修服务商之一的瑞士SR Technics公司应用于空客飞机的维护管理,他们对成果的应用是国内该领域知识产权首次被国外应用。

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