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“鹘鹰”战机常务副总设计师王向明当选工程院院士


【文/观察者网 王世纯】11月18日,2021年两院院士增选结果正式揭晓,共有149人当选。中国科学院增选院士65人,中国工程院增选院士84人。其中,中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所的王向明新当选中国工程院院士。

王向明是航空工业沈飞设计研究所项目总设计师、“鹘鹰”飞机常务副总设计师、航空工业集团增材制造首席专家。

他是我国飞机机体平台结构设计的领军人物和学科带头人,在飞机结构方面创新成果丰硕。王向明的一系列研究大幅度降低了多型战机结构重量、增加了飞机寿命,减少了危险部位,并创新性率先将。此外,王向明提出“协同设计/制造前移”的快速试制模式,减少了新型战机的研制时间。

飞机结构学科带头人 创新成果丰

作为飞机机体平台结构设计的领军人物,王向明新当选中国工程院院士实至名归。

据“沈阳发布”2019年报道,2012年10月31日10时31分,我国中型四代战机“鹘鹰”呼啸着滑出跑道,一飞冲天。“鹘鹰”战机有多项创新技术走在世界前列,其带头人就是王向明。“鹘鹰”快速试制创造并保持了多项纪录:机重量控制精度提高一个数量级;危险部位减少一半;结构件/工装减少一半,设计制造缩短1/4。

中国科技新闻学会主办的《科学中国人》杂志今年8月刊的封面人物就是王向明,其中详细介绍了王向明的科研历程。

王向明指出,无论哪一代战机,都离不开机体结构。机体结构构成了飞行和装载平台,是影响飞机战技性能和飞行安全的关键因素。“飞机结构设计是一项创造性工作,没有什么是一成不变的”。

现代战机结构普遍存在着两类棘手的问题——新机研制普遍超重、服役型号频繁开裂。其中结构超重会降低飞机战术、技术指标,使飞机变得笨重、航程变短、挂载武器减少;疲劳开裂则会直接影响飞行安全,降低服役战机的完好率、出勤率。传统结构伴随四代战机已走过70多年,经历了经验设计(继承设计)、等代设计、精益设计。半个多世纪以来,结构设计/分析方法、计算机/数字化技术、先进材料/制造技术发展迅猛,但结构自身发展较慢,相对滞后,超重、开裂仍是设计师们最为头疼的问题。

王向明和中型四代战机“鹘鹰” 图源:航空工业官方微信号

王向明曾在原总装先进制造技术专业组做专家20余年,多年研究工作的积累使他深刻认识到,飞机结构的研制长期采用串行“孤岛”模式,设计与制造脱节,闭门造“图”,设计技术发展没有原动力,被迫借鉴、继承老旧结构,超重、开裂周而复始。“我不相信,用老旧飞机结构能搞出新一代战机!”王向明如是感慨。

为了解决战机结构带来的难题,王向明提出基于先进制造量身定做“四化”创新结构,即新概念结构——大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化和功能结构一体化,以实现高减重、长寿命、多功能、低成本、敏捷制造,进而支撑新一代战机型号研制。

王向明提出基于先进制造的整体主承力部件多约束设计方法,发明了无接头连接的翼-身整体大部件、铰链式平尾部件,突破结构重量、寿命等极限束缚;提出基于增材制造的飞机结构创新设计、有关舰载机的结构损伤抢修设计方法,建立多种增材创新主承力结构和功能结构,开辟了增材构件在飞机上工程化应用先河,单机用量(重量)达到复合材料的1/7(3%);提出了“协同设计/制造前移”的快速试制模式等等,大幅度缩短了研制时间,在新一代歼击机平台研制中发挥了核心作用。

据王向明介绍,飞机战损/战伤比为1∶20,结构战伤占近90%,若无法及时抢修即相当于战损。对此,他提出了补强几何应力集中/填充复合应力集中最小的修理设计方法、浪涌偏差修正方法,建立“四快”修复流程与数据库——设计、评定、制造、修复。主持完成了3类材料、9类构件的地面静态、摇摆动态环境下的工程验证,为保持舰载机完好率提供技术途径。

“鹘鹰”上的翼-身整体大部件 图源:社交媒体

王向明的一系列成果,使我国成为唯一实现增材制造构件在飞机上规模化应用的国家。王向明领衔的“基于增材制造的飞机结构创新设计与工程应用”项目由此获得了国防科技进步奖一等奖。

王向明在国家科技奖励大会 图源:《科学中国人》杂志