加快科技成果轉化加強自主創新精神
——訪北京理工大學機械與車輛學院博士生導師 閆清東教授

■ 文 王云碩

如果把發動機比喻為車輛的“心臟”，那么傳動系統，則好比是“肌肉”，將動力傳輸到身體各部。暢銷世界的車型背后都有著優秀傳動系統的身影。早年，我國在先進傳動系統方面主要還是以仿制國外產品為主，為了能夠實現國內傳動系統的自主研發，實現產能布局與市場需求最佳匹配，北京理工大學車輛傳動國家重點實驗室(以下簡稱實驗室)于1992 年10 月由原國防科工委批準立項成立，1998 年3 月建成并投入運行。實驗室依托北京理工大學特種車輛研究所，始終堅持“理論與實踐、工程與科學、寬廣與精深相結合”的人才培養理念，立足國防、面向國家戰略、瞄準國際前沿。回首風雨20 多載，實驗室培養了一大批車輛工程專業專門技術人才與管理人才，是開展學術交流、成果轉化、產學研結合與國際科技合作的前沿基地。

本期我們采訪到北京理工大學動液傳動研究室學術帶頭人、北京市高等學校教學名師、流體傳動與控制學會液力傳動技術委員會委員、液力專業委員會主任委員閆清東教授。實驗室在閆清東教授的帶領下可以說是走過了一個輝煌的階段，現在正同國家一起躍上一個新的高度。

《起重運輸機械》：實驗室立足于行業前沿的根基是什么？

閆清東：動液傳動實驗室由所校聯合，優勢互補，充分利用優質的科研條件和重點實驗室基金，緊緊圍繞國防科技和武器裝備發展需求，積極開展創新研究和探索性研究。圍繞車輛主題，本著自主創新、求真務實的工作理論，專注在深化基礎理論、建立方法體系、創新集成結構、科學實踐驗證的科研宗旨，在車輛振動與潤滑摩擦基礎理論、動力傳動系統動態性能預測與優化集成，新型驅動與傳動技術、操縱與控制、軍用機器人與多域機動平臺、車輛測試與虛擬實驗等技術領域達到了國內領先水平，具有重要的國際影響力，使之成為凝聚和培養高科技人才，開展高水平科研工作的基地。該實驗室承擔地面武器機動工程委重點專業和校名牌專業等學科建設、人才培養與科學研究任務，屬于科學研究、專業教學、學科建設等三位一體的綜合性實驗室。重點從事車輛傳動的教學、科研及人才培養工作。

項昌樂院士領銜的動力傳動與控制研究團隊

動力傳動及控制研究團隊

《起重運輸機械》：作為車輛傳動國家重點實驗室，您所帶領的特種車輛研究所團隊的研究方向包括那些？

閆清東：實驗室主要研究方向包括：傳動系統現代設計理論與技術、多流復合傳動理論與技術、高效驅動與控制技術、傳動元件基礎理論與技術、傳動系統摩擦與潤滑技術。其中針對軍用與民用領域的輪式或履帶式車輛，動液組的研究方向又分為：車輛電傳動理論與技術、車用動液傳動技、車輛動力傳動系統動力學、多域機動平臺技術、虛擬現實應用技術。近三十年來，實驗室承擔了多項重大預先研究、973 重大基礎研究、國家自然科學基金、國際合作和企業橫向合作等科研任務，取得了包括國家級和部級科技進步一等獎在內的眾多獎勵，為我國車輛傳動理論與技術的進步作了貢獻。

《起重運輸機械》：目前在車輛傳動方面，團隊有哪些技術創新?

閆清東教授正在指導博士生工作

Y310 沖壓型液力變矩器

閆清東：實驗室的液力傳動團隊，主要開展車用液力元件技術相關的探索性、創新性和重大關鍵技術應用的研究。重點實驗室依托各類條件保障建設項目，在液力元件研究方向分別構建了虛擬設計與分析平臺、多節點刀片并行計算中心、激光流場測試系統、葉輪快速成型系統、大功率液力傳動裝置。開展了系列變矩器理論、液力元件三維流動設計、高功率密度扁平循環圓液力元件設計技術、大曲率流道非接觸測繪技術、空間葉輪內部流場非接觸觀測方法等課題的研究，其成果在新一代國產特種車輛上得到了廣泛應用。另外在橫向課題上，也先后為多家民用車輛和工程機械相關行業企業進行開發、分析和研制工作。在這些產品的研發過程中，完成了從前期方案設計開始，到循環圓設計、流動分析、葉形優化、工程設計、流場觀測、實驗研究，乃至對應的模具設計和實驗裝置設計等一系列工作的方法體系構建。經過上述多輪研制產品的臺架實驗考核和現場裝車應用檢驗，進一步驗證了動液傳動實驗室提出的液力元件集成設計方法的準確性和可靠性，相關理論和技術的創新在液力元件開發上得到了較為充分地應用，取得了顯著的社會效益和經濟效益，在液力行業內具有一定的影響力。

《起重運輸機械》：隨著國內物料搬運行業市場對工業車輛的需求不斷提高，我們愈發需要新技術能夠快速應用到實際生產當中。在液力技術的應用方面實驗室有哪些成果？

閆清東：第一是液力變矩器三維流動設計技術的研究成果。液力變矩器通過液體動能變化來傳遞能量，具有優良的載荷自適應性、無級變矩變速能力和柔性減振等性能，廣泛應用于各類車輛和工程機械。

針對高效液力變矩器設計需求，提出了液力變矩器渦識別和流場降階能量分析的流場評價方法，研究了引起能量損失的主要渦旋重構并揭示了能量損失機理，突破了能量損失精確預測和低流動損失葉柵系統精細設計等關鍵技術，在液力元件三維流動設計系統基礎上，實現了液力變矩器葉柵系統的三維流動精細設計。

500 kW 傳動實驗臺

630 kW 傳動實驗臺

非接觸測繪辦公室

團隊為提高液力變矩器性能水平和設計精度及效率，開發了扁平循環圓設計方法、葉柵參數化造型方法，利用自編程序及二次開發實現葉柵系統造型、CFD 特性仿真的自動化處理，搭建了液力變矩器三維流動平臺，成功進行了多種液力變矩器的設計及優化。同時，利用液力變矩器三維流動設計平臺，實現了液力變矩器的扁平化設計，扁平率最小可壓縮到0.19，相比原型液力變矩器，其軸向尺寸減少40%，體積縮小60%，大幅提高了扁平液力變矩器的經濟性及功率密度。該成果創新性強，技術復雜、難度大，總體技術達到國際先進水平，低流動損失葉柵系統精細設計技術達到國際領先水平。液力變矩器三維流動設計平臺解決了傳統設計方法的經驗約束，且使得設計更加靈活，基于該平臺，北京理工大學成功研制了系列化鑄造型液力變矩器型譜。

第二是液力緩速制動技術方向的成果。液力緩速器是重型車輛在長下坡路段、城市交通或載重低速行駛等工況下，廣泛作為機械主制動器的有效輔助制動裝置，具有體積小、制動轉矩高、制動效能持續時間長的優點，可以有效減輕機械主制動器的磨損、提升重型車輛行駛安全。

以提高液力緩速器動態制動效能為目標，揭示其葉柵及充放油系統內部液氣兩相流動特性，獲取氣液兩相流動狀態下葉柵參數對緩速制動特性的影響規律，建立制動性能預測降階簡化模型，提出面向快速響應和精確控制的電液比例充液率控制方案，通過緩速制動系統的流動觀測與分析揭示充液率與系統壓差和流量的變化規律，據此結合整車制動性能需求提出恒速/恒矩制動策略和方法，構建三維兩相流動液力緩速制動系統的設計體系和方法。

團隊研制的用于車輛輔助制動系統的適用不同制動功率等級的液力緩速器，以及融合變矩器與緩速器為一體的液力變矩緩速裝置，具有快速起效、低空轉損失和轉矩精確調節特點，能夠實現車輛在復雜制動策略下的緩速制動動態性能設計。

上述研究工作獲得部級科技進步獎二等獎等多項獎勵，獲得發明專利多項。

《起重運輸機械》：圍繞液力元件的研究與設計，團隊目前聚焦的應用方向是什么，未來這些研究設計有怎樣的應用前景？

閆清東：首先，我們將液力研究技術應用于高效高功率密度的液力變矩器中，開展低空化高功率密度葉柵系統構型、面向高效率的葉柵參數優化、高效高功率密度液力變矩器系列化設計、以及高效高功率密度液力變矩器試驗驗證等研究，形成系列化高效高功率密度液力變矩器產品，并在裝載機、平地機等工程機械上得到應用，提高了整機動力性能，提升了中國工程機械產品競爭力。

其次在低空損電液控制液力緩速器方面，我們開展了液力緩速器空損流動特性研究、空損抑制機構設計、低空損液力緩速器設計優化、以及低空損液力緩速器試驗驗證等研究，形成系列化低空損液力緩速器產品，并在重型車輛、工程機械領域上得到應用，提高了車輛和工程機械的功率利用率和產品競爭力。