科研匠心守護航空“心臟”
——記西北工業(yè)大學副研究員周金華

朱 悅

航空發(fā)動機被譽為“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)基礎實力和綜合國力的重要標志之一。幾十年前，中國航空發(fā)動機工業(yè)曾是一片空白，在領域內被稱為“心臟病”。為了打破這一現(xiàn)狀，我國航空發(fā)動機行業(yè)通過引進技術、產品改良、技術創(chuàng)新等方式，建立了較為完備的發(fā)動機產業(yè)體系。但令人擔憂的是，現(xiàn)如今航空發(fā)動機集成諸多現(xiàn)代工業(yè)的核心技術仍只掌握在少數國家手中。

航空發(fā)動機系統(tǒng)十分復雜，每一個零部件都與其最終的性能呈現(xiàn)息息相關。為了打破這一現(xiàn)狀，西北工業(yè)大學（以下簡稱“西工大”）副研究員周金華多年來和所在團隊成員深耕在復雜薄壁構件數字化制造與智能制造、航空發(fā)動機關鍵構件高性能切削理論與技術、薄壁結構切削殘余應力及變形控制理論與方法等方向的研究中，為航空發(fā)動機零件制造提供了一系列關鍵技術支撐。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，每當天空上有飛機飛過，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。功夫不負有心人，2005年9月周金華以優(yōu)異的成績考入西工大機電學院飛行器制造工程專業(yè)，從此與航空發(fā)動機領域研究結下了不解之緣。

大學4年，周金華在航空發(fā)動機領域研究中積累了扎實的專業(yè)基礎。為了能在專業(yè)領域持續(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位。研究生階段，周金華接觸到了生物增材制造等領域的前沿技術，在計算流體力學研究中打下了堅實的基礎。雖然這一時期的學習與本科階段所接觸的領域不同，但在這段寶貴的科研經歷中，周金華吸收了流體力學、固體力學等方向知識，也無形中為他今后深入到航空發(fā)動機制造領域研究打下了扎實的科研根基。

周金華

從一個前沿到另一個前沿，周金華對于飛行器制造領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項目的研究工作，周金華提早半年就進入了博士階段的課題組，因其勤學的科研態(tài)度，以及扎實的科研功底，周金華很快被導師委以重任，擔當一項先進航空發(fā)動機機匣精密加工項目的技術負責人。在這一過程中，他領導團隊成員對相關制造技術進行了一系列改進，大大提升了其制造精度及加工效率。為了將相關研究工作與產業(yè)應用相結合，周金華還深入發(fā)動機企業(yè)一線，與企業(yè)工程師進行面對面溝通，通過對發(fā)動機零部件的生產、加工問題進行調研，他順利得到了產業(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合的思想也越發(fā)成熟。

突破國產航空發(fā)動機技術壁壘

遠離家鄉(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”的校訓無時無刻不影響和熏陶著像周金華一樣的西工大學子，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)動機長壽命、高可靠發(fā)展的“卡脖子”問題，周金華始終認為：“制造國產大飛機不能只搞一個飛機殼子，必須把飛機的‘心臟’搞出來，這樣才不會受制于人。”

近些年來，隨著國家航空領域科技水平的提高，國產新一代高性能航空發(fā)動機自主研制過程中開始普遍采用新材料與新結構，其中包含了大量的復雜薄壁構件，對其制造品質要求越來越高。而在這一情況下，科研人員必須提升相關研究技術水平才能達到預期目標。

大尺寸復合材料風扇葉片作為先進大涵道比渦扇航空發(fā)動機的關鍵部件之一，能有效降低發(fā)動機的重量，但由于復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邊對其進行保護。近年來，周金華及其團隊就針對國產高性能大涵道比渦扇航空發(fā)動機前緣金屬加強邊構件的研制，開展了一系列技術攻關。前緣金屬加強邊屬于典型的大尺寸超薄壁結構，內腔是集深、窄、狹長、扭曲等難加工特征于一體的V型結構，這對制造工藝提出了新的挑戰(zhàn)。為了攻克這一難題，周金華和團隊成員們不得不從零開始，進行科研攻關。一般來說，零件加工需要全天24小時運轉，為了保障這一過程不出現(xiàn)任何問題，周金華和團隊成員經常要徹夜守候在機器旁，雖然辛苦，但熱愛、責任感和使命感，讓周金華始終樂在其中。

功夫不負有心人，最終周金華團隊針對薄壁結構變形難控制的問題，提出了一種面向殘余應力變形的非對稱工藝控制方法；形成了從基礎研究到技術創(chuàng)新的產學研合作模式，并在工廠完成批量生產，零件加工質量穩(wěn)定。從最初的技術雛形，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壁壘，攻克了相關核心技術，有力支持了國產高性能大涵道比渦扇航空發(fā)動機的研制。

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，周金華前往產業(yè)一線做了大量調研工作。他發(fā)現(xiàn)：我國高溫合金高壓壓氣機整體葉盤的復雜薄壁葉片加工變形大、效率低、精度難以達到設計要求，嚴重影響壓氣機的氣動性能、壽命和可靠性。

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

團隊共辟科研創(chuàng)新未來

滴水難成海，獨木難成林。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隊。周金華所在的工信部航空發(fā)動機先進制造技術國防科技創(chuàng)新團隊，主要依托于航空發(fā)動機高性能制造工信部重點實驗室、航空發(fā)動機先進制造技術教育部工程研究中心。多年來，團隊在復雜結構精確成形與制坯、復雜薄壁結構高效精密加工、關鍵構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特技術優(yōu)勢，面向航空發(fā)動機結構—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隊的培養(yǎng)息息相關。雖然在團隊，每個人的分工不同、主攻的科研方向也不同，但團隊成員始終緊密團結在一起，向著國民經濟實際急需解決的一些“卡脖子”問題展開攻關，而與團隊成員們向著一個目標共同攻關的過程中，周金華的科研價值也得到了最大實現(xiàn)。

當前，我國航空發(fā)動機事業(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，學習更多前沿科研技術，為航空技術創(chuàng)新及航空發(fā)動機零件的制造注入更多新的思想。展望未來，在和團隊成員們圍繞復雜薄壁結構高速銑削殘余應力變形控制、多軸加工過程在線監(jiān)測與調控等方向開展相關研究工作之外，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引入航空發(fā)動機的零件制造中。他相信在祖國航空人的共同努力下，我國的航空發(fā)動機事業(yè)必將會邁上新的臺階，而他甘愿做其中的筑路者。