为共和国巨轮铸造强劲“心脏”

    倪海波

    

    

    

    

    1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程。那正是工业革命萌芽的年代，整个世界正徜徉在科技的狂想曲中。驱动世界运转的动力——燃气轮机成为科学家的终极梦想。

    200多年后，燃气轮机已经从当年那个理论幻想，成为国防、工业发展都离不开的“心脏”。

    长期以来，世界发达国家一直把燃气轮机作为战略性产业，投入巨资研制和开发燃气轮机新产品、新技术，改善和提高燃气轮机的性能。发达国家纷纷制订了燃气轮机的专项发展计划，这一关系国家能源及国防安全的战略性新兴产业，已经成为衡量一个国家科技水平、军事实力、综合国力的重要标志之一。

    自新中国成立以来，我国就十分重视燃气轮机技术的发展。如今，随着强国号角的吹响，这颗制造工业“皇冠上的明珠”愈加凸显出其重要的战略意义：无论是捍卫天空、经略海洋，还是工业建设、电力保障，燃气轮机都是驱动大国巨轮的核心部件。国家“十四五”规划强调，要进一步推进燃气轮机技术向高端化、专业化发展，推进燃气轮机国产化进程。随着国家“两碳战略”的实施，燃气轮机制造将迎来新的发展机遇期。

    然而与燃气轮机重要地位对应的，却是长期以来我国在燃气轮机自主研制领域相对落后的现实。

    2014年，“航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项（以下简称“两机专项”）实施方案正式上报国务院，其目的就是通过重点型号自主研制，建立我国“两机”动力行业的自主创新能力体系，把我国航空发动机和燃气轮机行业打造成具有国际竞争力的战略性高技术产业，以满足我国航空、能源和电力工业对高性能动力装备的需求。

    在这一备受瞩目的重大专项的角逐中，一支高校科研队伍脱颖而出，这就是组建于1952年的上海交通大学叶轮机械研究所。从新中国初始到如今，研究所经历了近70载岁月，始终站在共和国崛起的潮头上劈波斩浪。它的名字虽几经更迭，不变的却是一脉传承、专研至精的事业——研制中国自己的燃气轮机。

    70年积淀 强国有我

    1952年，叶轮机械研究所的前身在上海交通大学成立，其先后更名为“涡轮机、热力发动机、热力涡轮机械、热能动力工程”专业，这也是当时全国高校率先成立的以涡轮机设计为主的专业。1988年，它被原国家教委首批批准设立热力涡轮机械重点学科点及首批获得国务院颁发的博士学位授予权。

    经过半个多世纪的发展，如今，叶轮机械研究所隶属于“动力机械及工程”国家重点学科，设立了“动力工程和工程热物理”一级学科博士后流动站，并成为原“211工程”和原“985工程”重点建设学科。

    这是一个有着学术传承的专业。自成立以来，先后有王希季、翁史烈等5位科学院院士或工程院院士在此工作和学习。其中，王希季院士作为第一任教研室主任，其严谨的治学风格一直影响着周围的同事及学生。翁史烈院士担任了13届上海交通大学校长，始终深受学校师生的尊敬和爱戴。

    “正是由于这些优良传统的传承和发扬，使得这个专业在人才培养中涌现出大批国家建设中的优秀人才。他们都在国民经济和国防建设中起到了不可替代的作用。”上海交通大学叶轮机械研究所原所长、首席研究员臧述升，谈起研究所的发展历史，总是饱含感情。

    优秀人才是富饶的学术土壤培育出的硕果，叶轮机械研究所正是这样一个培育杰出人才的摇篮。以涡轮机专业为例，作为我国重点高校中仅有几个从事燃气轮机领域教学科研工作的专业之一，其长期以来培养的大批优秀领军人才在我国主要国民经济及国防建设领域发挥着重要作用。该专业队伍先后承担了国家重点及重大科研项目，早在20世纪70年代末，该专业就承担了国防重要项目——航空发动机船用化改造研制任务。

    “那时候，国家投入300万元经费，并无偿地调拨了一台崭新的航空发动机用于开展研制工作。这在当年的经济环境下可见国家的支持力度是何等之大！”研究所当时集全所力量动员了30余位教师，围绕发动机的涡轮及压气机的气动、结构、自控和总体性能直至整机试车等全部部件和系统，开展了细致深入的研究工作，最终圆满地完成了这项重大项目的研制工作，并获得了嘉奖。

    随着国家经济建设的发展，燃气轮机在国民生产建设中的地位也愈发举足轻重，而这也成了研究所主攻的方向之一。进入20世纪80年代后，随着我国大型燃气轮机的不断使用，国内急需与之配套的高性能燃气轮机进气及排气装置的研制，研究所在国内较早地开展了相关领域的理论及试验研究工作，其研究成果也在该领域发挥着重要作用。

    “由此可见，在我国，对于重点大学而言，办学专业方向的选择对培养国家高层次的人才及满足国家重大发展需求是至关重要的。”臧述升说道。

    坚定方向 为国而研

    一个专业能够传承发展70年，靠的是什幺？在臧述升看来，定位尤其关键。

    叶轮机械所作为长期从事燃气轮机相关理论及技术教学与科研工作的单位，最难能可贵的就是全体教师都深知专业的责任与使命——培养高端人才，满足国家建设需要。因此，围绕燃气轮机的关键技术，大家始终将专业的定位聚焦于本领域的工程应用基础研究，注重发挥高校在理论研究中的优势。

    20世纪末，研究所就在国内较早系统开展了船用燃气轮机性能的仿真方法的研究，从最初的模拟仿真机到数字仿真方法，研制开发了具有自主知识产权的应用软件，并在实际的船用及重型燃气轮机的研制与开发中发挥了重要作用。与此同时，研究所还密切跟踪国际燃气轮机学科发展趋势，不断探索其发展前沿，较早地开展了航空发动机及燃气轮机的气动声学理论及方法研究，其学术论文在着名国际燃气轮机会议上被评选为优秀论文，开辟了我国燃气轮机气动声学研究的崭新领域。另外，在涡轮机高温叶片的发展研究中，研究所对陶瓷材料的高温涡轮叶片开展了探索性研究，并对用于发射推进的空气涡轮开展了研制，其样机圆满地达到了指标要求。这些工作为研究所在现代涡轮设计方法及后期的高温涡轮叶片的研究中奠定了坚实的基础。

    时间进入21世纪后，随着改革开放的不断深入，研究所的发展定位问题再次被提上日程，尤其是随着新老教师的交替，一代新人如何继承和发扬研究所的辉煌业绩显得尤为重要。为此，研究所在老教师的悉心引导下，逐渐明确了新时期的发展方向。“虽然当时我国燃气轮机领域还未得到充分发展，国内也仅存几所高校还拥有与燃气轮机相关的专业。但研究所的同志们还是坚信未来的燃气轮机技术一定会在国民经济发展重点领域里发挥重要作用。作为长期从事燃气轮机相关教学科研的传统专业，我们更有责任为未来我国燃气轮机的发展作出贡献。”臧述升回忆道。

    在强烈的使命感驱动下，研究所新时期的发展目标定位于聚焦“在不久的将来能够在我国燃气轮机的发展中有所担当”，同时要面对现实，围绕困扰我国燃气轮机发展的关键技术开展研究，为国家未来的战略需求奠定基础。

    在这样的时代主题定位下，研究所这一阶段涌现了一批重要成果。

    众所周知，作为现代燃气轮机的核心技术，高温部件的设计及其理论是研究的主要内容。因此，研究所首先开展了燃气轮机燃烧技术的研究，其中，尤以燃烧室内部燃烧可视化的研究为代表。

    1999年，研究所在丹麦哥本哈根Dantec公司购置了一套用于流场可视化的先进仪器，并组织了人员进行了为期一个月的技术培训。利用这台先进的激光测量设备，研究所的燃烧团队在国内较早地进行了燃烧状态下的火焰流场的研究，其研究成果几乎与国外同行保持同步。在此基础上，研究团队又陆续开展了湿化燃气轮机加湿旋流燃烧火焰结构及机理研究，并先后承担了与湿化及低热值燃气轮机燃烧相关的国家重点基础研究发展计划（原“973”）项目和上海市科委重大项目，取得了创新成果，初步掌握了现代先进燃气轮机燃烧的机理，为后续国家“两机专项”的开展奠定了基础。

    除了燃烧技术，研究所的另一个研究重点是高温冷却叶片技术。这也是燃气轮机的核心技术之一，是业内公认的制约燃气轮机发展的关键所在。围绕其主要问题，研究所针对当时应用的国际先进燃气轮机高温冷却叶片，开展了理论及试验研究，并通过建设高温热态涡轮冷却叶片实验装置，进行了具有内部阵列冷却结构的高温涡轮叶片高温冷效试验，为相关的研究所提供了分析设计依据。后续研究所又相应地为国家主要工业部门开展了现代涡轮复杂冷却结构的气动及传热分析研究，掌握了主要分析及试验方法，为工业及国防科研部门实际应用提供了有力的支撑。

    与此同时，研究所继续深入开展了燃气轮机性能仿真技术研究，陆续承担了工业部门及国家重点基础研究发展计划（原“863”）科技攻关项目，并开发了具有自主知识产权的多轴燃气轮机性能仿真软件，且得到了实际的应用。

    正是由于长期聚焦于国家的战略需求，始终坚持以燃气轮机为核心的叶轮机械发展方向，从而使得研究所在2017年启动的国家“两机专项”中能够得以作为牵头单位和主要参与单位承担了其中的项目及多项子课题。这些课题涉及燃气轮机总体性能、部件的气动、燃烧及结构等燃气轮机的多个学科。

    “这充分说明了研究所长期坚持不懈地围绕专业的重点、核心问题开展研究是极其正确的选择，也体现了研究所教师们对国家发展的历史担当。”臧述升说。

    “搭台唱戏” 管理先行

    穿过漫长的岁月长河，叶轮机械研究所的发展也曾几经沉浮。在“卖导弹不如卖茶叶蛋”的时代潮流中，他们坚持了下来。无论是专业遇冷，还是被高度重视，叶轮机械研究所始终伫立潮头，坚守着自己的事业，凝视着发展的方向。创业难，守业更难，研究所发展至今靠的是一代代科研工作者前赴后继的坚持。

    在臧述升看来，大学的重点学科的建立与发展，除了要有一支专业能力很强的教师队伍外，其实验室的硬件建设也是十分重要的。自20世纪90年代，研究所就十分重视实验室先进流体测量仪器的采购配置，在全国高校中率先购置了PDA、PIV及热线风速仪等国际上先进的测量仪器，为研究所教师开展高水平的科学研究提供了有力保障。与此同时，研究所的老师也利用出国进修的机会学习国外的先进测量技术与管理方法，并在回国后将原有的采购计划改为了自行搭建计划，通过购置国外部分仪器部件在研究所进行了设备的搭建，并进行了软件系统的自主开发，由此建立一套完整的用于燃烧可视化的PLIF光学设备。相比于直接从国外采购，这套设备节约了人民币七八十万元。而最为重要的是通过这一过程，他们掌握了这套设备的使用及维护方法，这台仪器也成为多年来使用率都保持很高记录的重要仪器，在多项国家及企业的燃烧可视化研究中发挥着重要作用，使叶轮机械研究所在激光可视化显示工作方面走在了国内前列。

    2007年，随着学校闵行校区的建设，研究所在学校及学院的统一领导下也开展了新的实验室建设。与此同时，研究所也为新的实验室制订了新的规则。

    “实验室建设的宗旨是要保障每位教师能够顺利地开展研究。”在此原则基础上，研究所采用了实验室统一管理的制度，所有实验室的任何房间，每位教师根据研究需要都可以申请使用，从而摒弃了部分高校实验室以教师个人为主体来使用的惯例。事实证明，这种做法很好地解决了实验场地紧张的问题。

    研究所在实验室管理上的另一个做法是按实验内容划分实验区域，由实验室人员统一管理。“研究所保留了部分专职的实验人员，管理及协助教师或研究生的科研实验工作的开展，这样能极大地保障研究生进入实验室开展工作的高效性。”臧述升说。同时，在建设初期，研究所的教师与设计部门密切协调，从基础地基到主要房间行车的规格，从弱电的接地到室内配电的分配，均为设计部门提供了详细的要求，从而保障了实验室投入使用后，科研工作的顺利开展。

    实验室在大型测试仪器装置的配备上，也是通过学校的建设经费，根据教师提出的需求，进行统一采购和使用管理，保证了每位教师只要预约即可，在不收取费用的前提下根据实际科研内容的需要来使用，极大地方便了科研的顺利开展，尤其是有利于年轻教师的科研工作。正是在这样的管理下，研究所在流动及燃烧等方面的先进激光测量仪器的拥有量及使用率上一直保持在国内前列水平，同时也得到国外同仁的赞誉。

    这一系列有力措施，确保研究所多年来能够在有限的空间内，高效大量地开展科研实验工作，为未来的科研成果产出奠定了基础。

    学脉相承 人才永续

    “所谓大学者，非谓有大楼之谓也，有大师之谓也。”打造一支优秀的教师队伍是一流水平高校的重中之重。而这其中，青年教师队伍的建立与成长，更关系到专业学科的长远发展。关注青年教师的培养，是叶轮机械研究所一直以来最为重视的工作之一。

    当年一位青年教师从国外回国进入研究所工作，为了能够使他尽快开展工作并发挥其专业特长，所里适当地调整了原“985”的建设计划，为其投入了一定的建设经费，使这位教师在短时间内根据自己的想法建立了一套实验平台，并很快开展了实验研究工作。很快这名教师就申请到了自然科学基金的支持，并在此基础上做出了研究成果，仅用了5年就晋升为教授，并在国家“两机专项”的立项申请中发挥了积极作用，得到了专项的支持。

    回顾过去，研究所的学科建设、发展定位始终围绕国民经济发展需求，无惧使命担当，创造辉煌历史;展望未来，研究所的使命、方向依旧不会改变，70年科研与人才积淀已经成为研究所优秀的基因，为它在建设科技强国的历史进程中发挥更大作用提供了底气。

    “现在所里的年轻人都发展成长起来了，相信再过三五年都会取得不错的成果。研究所的发展势头会越来越好。”臧述升说。