科研匠心守護(hù)航空“心臟”

航空發(fā)動機(jī)被譽(yù)為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”，是衡量一個國家綜合科技水平、科技工業(yè)基礎(chǔ)實力和綜合國力的重要標(biāo)志之一。幾十年前，中國航空發(fā)動機(jī)工業(yè)曾是一片空白，在領(lǐng)域內(nèi)被稱為“心臟病”。為了打破這一現(xiàn)狀，我國航空發(fā)動機(jī)行業(yè)通過引進(jìn)技術(shù)、產(chǎn)品改良、技術(shù)創(chuàng)新等方式，建立了較為完備的發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)體系。但令人擔(dān)憂的是，現(xiàn)如今航空發(fā)動機(jī)集成諸多現(xiàn)代工業(yè)的核心技術(shù)仍只掌握在少數(shù)國家手中。

航空發(fā)動機(jī)系統(tǒng)十分復(fù)雜，每一個零部件都與其最終的性能呈現(xiàn)息息相關(guān)。為了打破這一現(xiàn)狀，西北工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“西工大”）副研究員周金華多年來和所在團(tuán)隊成員深耕在復(fù)雜薄壁構(gòu)件數(shù)字化制造與智能制造、航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵構(gòu)件高性能切削理論與技術(shù)、薄壁結(jié)構(gòu)切削殘余應(yīng)力及變形控制理論與方法等方向的研究中，為航空發(fā)動機(jī)零件制造提供了一系列關(guān)鍵技術(shù)支撐。身為千千萬萬航空航天科研工作者中的一員，周金華矢志通過科研匠心守護(hù)好祖國的航空“心臟”，使其更好地為我國航空工業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。

少時理想伴隨終生

1984年，周金華出生在廣西桂林的一個小山村。小時候，每當(dāng)天空上有飛機(jī)飛過，周金華總是忍不住抬頭仰望。從那時開始，神秘的飛行器就激起了周金華極大的好奇心。隨著年齡的增長，從事航空研究的夢想在周金華心里慢慢生根。功夫不負(fù)有心人，2005年9月周金華以優(yōu)異的成績考入西工大機(jī)電學(xué)院飛行器制造工程專業(yè)，從此與航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域研究結(jié)下了不解之緣。

大學(xué)4年，周金華在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域研究中積累了扎實的專業(yè)基礎(chǔ)。為了能在專業(yè)領(lǐng)域持續(xù)深耕，本科畢業(yè)后，他選擇留在本校繼續(xù)攻讀航空宇航制造工程碩士學(xué)位。研究生階段，周金華接觸到了生物增材制造等領(lǐng)域的前沿技術(shù)，在計算流體力學(xué)研究中打下了堅實的基礎(chǔ)。雖然這一時期的學(xué)習(xí)與本科階段所接觸的領(lǐng)域不同，但在這段寶貴的科研經(jīng)歷中，周金華吸收了流體力學(xué)、固體力學(xué)等方向知識，也無形中為他今后深入到航空發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域研究打下了扎實的科研根基。

從一個前沿到另一個前沿，周金華對于飛行器制造領(lǐng)域研究的熱愛只增不減。研究生畢業(yè)后，他決心回到自己的“老本行”，深入到與飛行器制造更為緊密的研究工作中，開展更多創(chuàng)新性探索。為了能夠更早地接觸到相關(guān)項目的研究工作，周金華提早半年就進(jìn)入了博士階段的課題組，因其勤學(xué)的科研態(tài)度，以及扎實的科研功底，周金華很快被導(dǎo)師委以重任，擔(dān)當(dāng)一項先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣精密加工項目的技術(shù)負(fù)責(zé)人。在這一過程中，他領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊成員對相關(guān)制造技術(shù)進(jìn)行了一系列改進(jìn)，大大提升了其制造精度及加工效率。為了將相關(guān)研究工作與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，周金華還深入發(fā)動機(jī)企業(yè)一線，與企業(yè)工程師進(jìn)行面對面溝通，通過對發(fā)動機(jī)零部件的生產(chǎn)、加工問題進(jìn)行調(diào)研，他順利得到了產(chǎn)業(yè)一線的一手資料。在這一項目的實踐過程中，周金華的獨(dú)立思考能力及解決工程問題的能力均得到了大幅度提升，其科研理論與工程實踐相結(jié)合的思想也越發(fā)成熟。

突破國產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)技術(shù)壁壘

遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)扎根西北十幾載，激勵周金華砥礪前行的便是其始終如一的航空科研夢。長期以來，西工大“公誠勇毅”的校訓(xùn)無時無刻不影響和熏陶著像周金華一樣的西工大學(xué)子，投身于國家重大戰(zhàn)略研究中，實現(xiàn)自己的人生價值。面向航空發(fā)動機(jī)長壽命、高可靠發(fā)展的“卡脖子”問題，周金華始終認(rèn)為：“制造國產(chǎn)大飛機(jī)不能只搞一個飛機(jī)殼子，必須把飛機(jī)的‘心臟’搞出來，這樣才不會受制于人。”

近些年來，隨著國家航空領(lǐng)域科技水平的提高，國產(chǎn)新一代高性能航空發(fā)動機(jī)自主研制過程中開始普遍采用新材料與新結(jié)構(gòu)，其中包含了大量的復(fù)雜薄壁構(gòu)件，對其制造品質(zhì)要求越來越高。而在這一情況下，科研人員必須提升相關(guān)研究技術(shù)水平才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

大尺寸復(fù)合材料風(fēng)扇葉片作為先進(jìn)大涵道比渦扇航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一，能有效降低發(fā)動機(jī)的重量，但由于復(fù)合材料自身抗沖擊能力較差，往往需要在葉片前緣采用金屬加強(qiáng)邊對其進(jìn)行保護(hù)。近年來，周金華及其團(tuán)隊就針對國產(chǎn)高性能大涵道比渦扇航空發(fā)動機(jī)前緣金屬加強(qiáng)邊構(gòu)件的研制，開展了一系列技術(shù)攻關(guān)。前緣金屬加強(qiáng)邊屬于典型的大尺寸超薄壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔是集深、窄、狹長、扭曲等難加工特征于一體的V型結(jié)構(gòu)，這對制造工藝提出了新的挑戰(zhàn)。為了攻克這一難題，周金華和團(tuán)隊成員們不得不從零開始，進(jìn)行科研攻關(guān)。一般來說，零件加工需要全天24小時運(yùn)轉(zhuǎn)，為了保障這一過程不出現(xiàn)任何問題，周金華和團(tuán)隊成員經(jīng)常要徹夜守候在機(jī)器旁，雖然辛苦，但熱愛、責(zé)任感和使命感，讓周金華始終樂在其中。

功夫不負(fù)有心人，最終周金華團(tuán)隊針對薄壁結(jié)構(gòu)變形難控制的問題，提出了一種面向殘余應(yīng)力變形的非對稱工藝控制方法；形成了從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)學(xué)研合作模式，并在工廠完成批量生產(chǎn)，零件加工質(zhì)量穩(wěn)定。從最初的技術(shù)雛形，到最后實現(xiàn)了加工精度和效率的雙提升，這一研究突破了國外的技術(shù)壁壘，攻克了相關(guān)核心技術(shù)，有力支持了國產(chǎn)高性能大涵道比渦扇航空發(fā)動機(jī)的研制。

科研不能紙上談兵，想要真正發(fā)現(xiàn)科研問題，就要深入到企業(yè)一線去。從2019年開始，周金華前往產(chǎn)業(yè)一線做了大量調(diào)研工作。他發(fā)現(xiàn)：我國高溫合金高壓壓氣機(jī)整體葉盤的復(fù)雜薄壁葉片加工變形大、效率低、精度難以達(dá)到設(shè)計要求，嚴(yán)重影響壓氣機(jī)的氣動性能、壽命和可靠性。

為了改變這一現(xiàn)狀，周金華帶領(lǐng)團(tuán)隊成員圍繞高溫合金整體葉盤葉片銑削殘余應(yīng)力變形問題，在揭示高溫合金材料多軸高速銑削殘余應(yīng)力形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立了葉片強(qiáng)時變工況銑削殘余應(yīng)力的三維分布模型，實現(xiàn)零件設(shè)計公差約束下的銑削工藝參數(shù)域的反演設(shè)計。研究成果為我國新一代航空發(fā)動機(jī)整體葉盤葉片的高精高效高速加工提供了基礎(chǔ)模型與關(guān)鍵技術(shù)支持。

團(tuán)隊共辟科研創(chuàng)新未來

滴水難成海，獨(dú)木難成林。科研成果背后，周金華始終未曾忘記與自己并肩前行的科研團(tuán)隊。周金華所在的工信部航空發(fā)動機(jī)先進(jìn)制造技術(shù)國防科技創(chuàng)新團(tuán)隊，主要依托于航空發(fā)動機(jī)高性能制造工信部重點實驗室、航空發(fā)動機(jī)先進(jìn)制造技術(shù)教育部工程研究中心。多年來，團(tuán)隊在復(fù)雜結(jié)構(gòu)精確成形與制坯、復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)高效精密加工、關(guān)鍵構(gòu)件抗疲勞制造和制造過程智能控制4個主要研究方向上形成了獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢，面向航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)—材料—工藝一體化發(fā)展需求，取得一批高水平成果。

從事科研十幾年來，周金華的成長和蛻變與團(tuán)隊的培養(yǎng)息息相關(guān)。雖然在團(tuán)隊，每個人的分工不同、主攻的科研方向也不同，但團(tuán)隊成員始終緊密團(tuán)結(jié)在一起，向著國民經(jīng)濟(jì)實際急需解決的一些“卡脖子”問題展開攻關(guān)，而與團(tuán)隊成員們向著一個目標(biāo)共同攻關(guān)的過程中，周金華的科研價值也得到了最大實現(xiàn)。

當(dāng)前，我國航空發(fā)動機(jī)事業(yè)挑戰(zhàn)依然巨大。在周金華看來，航空人還須腳踏實地，一步一個腳印提高我國航空發(fā)動機(jī)的研制能力。對于科研，他始終抱有一種自由探索的開放態(tài)度。在他看來，科研人員要敢于走出去接觸，學(xué)習(xí)更多前沿科研技術(shù)，為航空技術(shù)創(chuàng)新及航空發(fā)動機(jī)零件的制造注入更多新的思想。展望未來，在和團(tuán)隊成員們圍繞復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)高速銑削殘余應(yīng)力變形控制、多軸加工過程在線監(jiān)測與調(diào)控等方向開展相關(guān)研究工作之外，周金華還將在增減材制造方向開展大量科研探索，努力將更多與傳統(tǒng)制造截然不同的前沿技術(shù)引入航空發(fā)動機(jī)的零件制造中。他相信在祖國航空人的共同努力下，我國的航空發(fā)動機(jī)事業(yè)必將會邁上新的臺階，而他甘愿做其中的筑路者。

（責(zé)編：張聞）