他就像是一位攀登者,用家国情怀、用科学态度、用丰厚知识兢兢业业地攀登着航空强度事业的高峰,在未来继续创造科研领域的无限可能。

王彬文,1974年出生,陕西扶风人,中共党员,博士,研究员,我国飞行器强度领域专家、航空工业首席技术专家、国务院政府特殊津贴专家、国防科技创新团队带头人、陕西省三秦学者。现任中国飞机强度研究所所长、科技委主任,兼任国家振动与状态监测标准化委员会委员、中国航空学会理事/结构与强度分会主任委员、陕西省青年科技工作者协会副主席。

王彬文长期从事飞行器结构振动、气动弹性、结构冲击和数字强度等方向的研究工作,长期从事飞行器元件/组件/结构/系统的研究性、研制性和验证性强度实验工作,长期从事飞行器强度基础性和前沿性技术能力的规划与建设工作。近年来,他主持16项国家重大预先研究课题、26项重大型号研制、6项重大强度技术能力建设,研究成果广泛应用于大航空、大军工和大工业领域,为我国飞行器强度专业发展和重大型号研制做出了重大贡献。以第一完成人身份荣获国家科技进步二等奖1项、省部级科技奖10项,重大型号研制个人立功8次,省部级以上个人表彰10余次,发表论文60余篇。他是科学中国人2018年度人物,第五届冯如航空科技精英奖、第二届全国创新争先奖获得者。

航空工业被形容为“现代工业之花”,是国防建设的核心力量和国家创新体系的重要组成部分,更是衡量一个国家工业化水平、综合国力的重要标志。王彬文所从事的飞行器强度与结构完整性专业是航空宇航学科的核心专业,也是飞行器安全性、可靠性、经济性以及舒适性的根本保障,具有很强的基础性和广泛的应用性,为航空装备研制以及工业系统的发展提供着强力支撑,而被誉为“强而有度、刚柔并济”的王彬文就是这样一位与航空、与飞机、与强度打了二十多年交道的杰出工程师。

 

结构振动关键技术的攻坚者

“我们要确保飞机以最小的重量代价应对服役过程中可能存在的破坏挑战,这涉及到安全性、可靠性、经济性和舒适性等要求,强度是破坏与维护博弈的最佳平衡。”王彬文这样通俗易懂的阐释飞机强度科研工作。

王彬文是地道的陕西人,幼年在关中平原长大,1997年从南京航空航天大学飞行器设计专业毕业后,毅然放弃了北京、上海的就业机会,回到了自己的老家,来到了西安,进入了中国飞机强度研究所工作。

20世纪90年代中期,国家航空领域任务少,科研机构很难留住人。往往职工干一两年,便经不住时代潮流的冲击,要么自己创业,要么转投外企。而他却一头扎进结构振动和气动弹性等领域,那段日子用他的话说“白天跟着师傅们学技术、做研究、看文献,晚上按照前辈们的指点系统性学习理论、标准、规范和手册,根本没时间去想跳槽这些杂七杂八的事儿”。通过多年的潜心研究,王彬文也由一名普通的工程师逐渐成长为业内知名的专业带头人。

这些年,王彬文主持了结构振动和气动弹性领域的多项重大预研和型号项目,取得了一系列重要成果,大幅提升了我国飞行器结构振动和气动弹性专业水平。例如他采用数学识别和物理识别一体化的思路,攻克了先进战机多外挂密集近频模态参数识别技术,达到国际先进,为我国先进战机结构动力学精准建模和优化设计奠定了坚实的基础。系统研究了发动机陀螺效应对全机结构动力学品质的影响规律,提出了考虑发动机陀螺效应的全机振动特性和气动弹性分析方法,填补了国内空白,满足了规范和标准的要求。

此外,他牵头创新性设计了低刚度、大位移、多自由度的200吨级空气弹簧系统,创新发展了航空装备可动翼面模态参数表征方法,使我国大型飞机全机地面振动实验技术达到国际一流。他创新发展了飞行器地面颤振理论体系,基于CFD/CSD耦合二次降阶和系统辨识方法,突破了全马赫数非定常气动力快速重构技术,攻克了全状态飞机地面颤振的世界性难题。

 

航空结构冲击技术的开拓者

关键技术是要不来、买不来、讨不来的,自力更生是中华民族自立于世界民族之林的奋斗基点,自主创新是我们攀登世界科学高峰的必由之路。作为承担着国家“强度理论的探索者,强度技术的创造者,强度工具的提供者,强度设计的验证者”使命的强度所,加强关键核心技术攻关,解决“卡脖子”的堵点和梗阻更是义不容辞的责任。

载客233人的俄航客机紧急迫降玉米地、萨利机长遭遇迁徙的大雁群迫降哈德逊河面……,电影《萨利机长》的故事至今被人津津乐道。大多数人或许只关注这些新闻事件、电影本身,而王彬文却“纠结”于背后的科学问题——着陆冲击、应急坠撞、飞鸟撞击、全机落震等。而当时航空结构冲击专业在国内发展的还不是很充分,甚至很多领域尚处于空白状态,研究难度可想而知。

结构冲击最典型的是鸟撞实验。2007年以前,国内的实验条件有限,要想按照国际规范要求进行一次系统性鸟撞实验只能去国外。王彬文对这一现状深感无力,决定带领团队走自主创新的路子。那些日子,面对一个个难关,王彬文一头扎进实验室,一遍遍调整参数,一次次优化结构,最终研发出一套国际领先的鸟撞实验系统。后来,王彬文还带领团队构建了真实鸟体的本构模型,研制出本构精准的仿真鸟弹,为抗鸟撞研究、设计和验证提供了强有力的支撑。而鸟撞实验这只是王彬文在该领域的“代表作”之一。

这些年,他主持或参与该领域预先研究课题10余项,带领团队完成重大型号落震、鸟撞和适坠性等冲击动力学实验30余项。攻克了满足安全性和舒适性要求的结构冲击分析/实验/评估技术,首创了我国航空结构冲击动力学专业体系,构建了涵盖材料动态力学行为、起落装置动力学、离散源撞击和结构适坠性等四大研究方向的结构冲击动力学航空科技重点实验室,使我国航空结构冲击动力学专业由基本空白提升至国际一流,实现了冲击速度在 0-300m/s全覆盖,解决了飞机大吨位、高过载、强冲击环境下安全性/舒适性评估的世界性难题。

针对飞机应急着陆工况下的结构适坠性和乘员保护难题,构建了研究对象覆盖“材料元件-组件-部件-整机”的多层级实验与分析技术,通过近十万件元件级材料实验和宏/细观失效机制研究,构建了我国航空主干材料的动态力学性能实验数据库。在考虑材料/几何/接触非线性基础之上,综合采用积木式规划、精细化建模及逐级确认技术,攻克了大型飞机适坠性实验与分析难题;在国际上首次提出了基于加权指数模型的大型飞机适坠性综合评估方法,攻克机身姿态控制、多物理量同步触发和200吨级测力平台设计等关键技术,成功研制了大型飞机适坠性实验系统,创建了集分析/实验/评估于一体的适坠性专业分支,填补了国内空白。

针对飞机着陆安全和舒适性难题,构建了起落架动力学分析理论体系和数学模型,基于响应面和能量等效等方法提出了着陆载荷优化策略,开发的载荷优化软件实现着陆减载20%。在攻克了三向测力平台设计、多姿态实时模拟和专用分析软件研制等关键技术基础上,成功研制了大型飞机多轮多支柱起落架落震实验系统,加载能力达800KJ,状态控制误差和测量误差均小于1%,支撑了3 型飞机起落架研制。

针对飞机离散源冲击安全难题,突破了大型飞机结构离散源冲击动力学精确分析与实验技术,以典型构件离散源冲击实验为依据,采用广义下降梯度方法准确识别了鸟体本构参数,实现了精确离散源分析、人工鸟的研制及应用;研制了国内首套满足适航要求的离散源冲击实验系统,弹着点速度误差和位置误差均优于欧美水平,成功应用于大型飞机18个部件的适航验证。

 

飞机全机强度实验的指挥者

强度所是我国唯一的航空强度研究、实验与鉴定中心,主要从事为飞机研制改型提供强度关键技术和进行强度验证的工作。自1965年建所以来,强度所完成了我国几乎所有新研或改型飞机型号的强度实验,为飞机首飞、设计定型、列装部队发挥了不可替代的作用。

“作为一名工程师,能够有幸为飞机翱翔蓝天做点贡献,这是我莫大的荣耀!”王彬文是这样说的,也是这样做的。回首投身航空的二十余年,为了这一情怀,从歼10到歼20,从运20和C919到AG600……。他和众多航空强度领域的工程师们前赴后继、薪火相传、开拓创新,为一架又一架的新型飞机成功研制而千锤百炼,托举着这些承载国家实力和民族希望的雄鹰展翅高飞,助力我国航空工业实现了跨越式发展。

近年来,王彬文主持完成了国家重大飞机型号强度实验120余项,优质完成了四代机、大运等军机以及ARJ21-700、C919、AG600等40余项全机实验,200余项部件实验,15余万件元件实验,为我国航空武器装备研制及民用飞机产业发展做出了突出贡献,其涉及机型之多,数量之大、类型之广,更是开创了世界航空史的新记录。

在AG600实现水上首飞后,王彬文在朋友圈曾这样写到:“振鳞横海、水击三千;化羽垂天、抟风九千;鲲翔云间、龙行漳河;国之重器,强度锤炼”,难掩自己的兴奋之情。作为我国大型水陆两栖飞机AG600和大型客机C919型号研制强度实验总指挥,他主持突破了全机静强度虚拟实验、起落架随动支持、水动载荷简化与模拟等多项关键技术,在国内首次构建了物理实验与虚拟实验双线并行的验证体系,安全高效地完成了型号研制任务,使我国全机静强度实验能力达到了国际先进。

在重大型号研制中,面临压力之大、要求之高、挑战之强,其中艰辛只有自己能体会,甚至可以说一路走来,举步维艰。但根植于内心、融入血液的“航空报国、航空强国”初心使命,以及为大国重器做点贡献的信念支撑他一路走来,从未退缩与放弃。2020年初,王彬文作为第一完成人申报的“大型飞机研制强度关键技术及应用”项目荣获国家科学技术进步二等奖,在国家科学技术奖励大会上,受到了习近平总书记等党和国家领导人的表彰,这也是对他为重大型号研制做出突出贡献的充分肯定。

通过深挖强度研究与强度验证的内涵,聚焦主业提能力建体系,在王彬文的带领下,强度所实现了型号研制的两大跨越,由强度实验一元为主向强度规划、手册编制、优化分析、物理实验和虚拟实验的系统化支撑跨越发展,由验证性实验一元为主向研究性、研制性和验证性的全链条积木式体系化实验跨越发展,强度所也荣获了国家重大贡献奖。

 

强度重大核心能力的建设者

王彬文不仅关注任务的完成,还致力于强度实验技术攻关及验证能力提升。他深入研究强度专业国内外发展现状,敏锐洞察专业发展趋势,科学提出了强度专业“大强度、新强度、数字强度”的发展战略。主持构建了以“一条主线,两个回路,三点联动”为核心的“一体两翼”的强度技术创新体系,贯通了需求端到实现端的自主创新链,打造了两个闭环回路,提高了技术研究、工程应用与产品研发间的黏性,实现了三点联动,促进了技术创新与预先研究、型号研制和技术产业三大主营业务的相互融合,极大地提升了技术创新能力。

他以专业发展和型号需求为牵引,以跟踪前沿与自主创新为抓手,积极进行强度专业的能力提升,主持建立了结构适坠性、离散源冲击、结构生存力、气候适应性、结构动态疲劳等专业体系和实验能力,为我国舰载机、大型运输机、四代机等新型飞机的研制提供了有力的支撑。在专业发展方面,研究提出了现代飞机强度专业的定义、内涵和使命,果断聚焦于新材料、新结构、新型号的强度新技术研究,组织论证的国家重大预研项目申报连续四年实现立项经费过两亿,近年来组织团队突破了振动疲劳、振动控制等一批基础研究成果,攻克了消声短舱、多场耦合等一批应用研究成果,培育出了噪声主动控制系统、起落架摩擦式减摆器等一批工程原理样机,推动了我国飞机强度专业的快速发展。

 

航空装备数字强度的探索者

王彬文始终对前沿科技保持敏锐的洞察与关注,深刻认识和把握以智能制造为代表的第四次工业革命带来的生产力重大变革,重点关注智能制造对航空武器装备及作战体系带来的新模式、新变化,以及对航空强度业态产生的影响,前瞻性提出数字强度建设,并开展了卓有成效的探索和实践。

他深入研究智能制造2025的航空发展路径和未来挑战,剖析了力学和强度与工业革命和科技发展的相关性规律,从工业革命历次变革中的表象挖掘提炼出科学技术研究的本质:人类基于信息流传递和时空度转换,通过开展仿物、仿生和仿人的研究活动,为人类赋能的过程。在此基础上,结合智能制造数字化、网络化、智能化的基本范式,系统阐述了大强度、新强度、数字强度的深刻内涵,提出了强度普适性的广义定义,即研究对象在设计状态下保持其目标品质的能力。

通过对V&V和数字孪生发展脉络的研究,厘清了数字孪生与物理实体、数字线索、工业物联网、赛博物理系统等八个研究领域的逻辑关系,创新提出V&V和数字孪生的广义内涵和行业定义,从航空产品全生命周期的验证阶段V&V、设计阶段V&V、交付阶段V&V等三个相互验证与确认过程的角度,完整构建武器装备全生命周期的数字强度体系。

他主持了数字强度在型号研制验证阶段数字化、虚拟化、融合化方面的探索和研究,成功应用于大型客机C919全机2.5G静力实验中。目前联合信息通讯研究院,主持推进基于5G+工业互联网的数字强度重大项目论证工作。

 

如今,王彬文已在飞机强度领域摸爬滚打了23年,他对“强度”也有着自己独特的理解。“强度是最符合东方哲学中庸之道、和谐统一的专业,强而有度,张弛有道,从狭义的机械力到广义的自然力,强度专业的发展始终充满着生命力。”下午柔和的阳光从窗子中洒进来,照到他的脸上,说这话时,他眼睛里发出炽热的光芒,就像是在对所从事专业的深情表白。

千锤百炼,强而有度,这又何尝不是王彬文的人生写照?如今,即使已成为业界的知名专家、获得多项国家级荣誉、执掌着国家级的科研机构,但回首过往足迹,王彬文却只淡淡的说到:“只不过是走了一条再平凡不过的路,有幸实现了自己的蓝天情怀罢了”。征途漫漫,惟有奋斗。作为杰出工程师的王彬文就像是一位攀登者,用家国情怀、用科学态度、用丰厚知识兢兢业业地攀登着航空强度事业的高峰,在未来继续创造科研领域的无限可能。