王向明院士：義鶻沖天伴夢飛

【編者按】為大力弘揚新時代科學家精神，本刊編輯部與省科學技術(shù)協(xié)會合作，共同宣傳在遼寧工作的兩院院士，展示他們的精彩人生軌跡和不懈奮斗歷程。在此，對省科學技術(shù)協(xié)會及相關(guān)高校、科研院所的支持表示誠摯的感謝。

[人物簡介]

王向明，1962年12月出生，中共黨員，中國工程院院士。現(xiàn)任沈陽飛機設(shè)計研究所項目總設(shè)計師、“鶻鷹”飛機常務(wù)副總設(shè)計師、飛行器新概念結(jié)構(gòu)航空重點實驗室主任。是航空工業(yè)集團增材制造首席專家、創(chuàng)新結(jié)構(gòu)國防原“973”技術(shù)首席、遼寧省增材制造共性技術(shù)創(chuàng)新中心主任。先后獲得國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎、二等獎，國防科學技術(shù)進步獎一等獎等榮譽。

“飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項創(chuàng)造性工作，沒有什么是一成不變的。”這是沈陽飛機設(shè)計研究所項目總設(shè)計師王向明經(jīng)常掛在嘴邊的一句話。他從事飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)30多年，主持和參與了多個型號戰(zhàn)機結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作。

早在2003年，王向明就提出了建立結(jié)構(gòu)實驗室的設(shè)想，試圖以實驗室作為載體，構(gòu)建起設(shè)計制造一體化的全技術(shù)鏈條。他克服重重困難，歷時10年，不斷用重要研究進展和標志性成果打破“偽命題說”，終于創(chuàng)建了飛行器新概念結(jié)構(gòu)航空科技重點實驗室、遼寧省增材制造共性技術(shù)創(chuàng)新中心等研發(fā)平臺。這是國內(nèi)首家用于飛行器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計/制造一體化的研發(fā)平臺，先后成功申請立項了飛行器結(jié)構(gòu)領(lǐng)域唯一的國防原“973”項目、創(chuàng)新結(jié)構(gòu)探索項目、先進制造技術(shù)集成驗證項目等，為沈陽飛機設(shè)計研究所乃至全行業(yè)結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展貢獻了力量。

闖關(guān)奪隘實現(xiàn)重大突破

從一個奇思妙想的產(chǎn)生到技術(shù)驗證，再到技術(shù)成果的取得和應(yīng)用，王向明的研究之路并非一帆風順。在新概念結(jié)構(gòu)研究過程中，必須面對“既要設(shè)計得出，也能造得出，并保障使用安全”等重重問題的挑戰(zhàn)。

飛機傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計主要采用串行模式，類似流水線，分別以“孤島”形式存在。王向明提出多約束協(xié)同設(shè)計方法，將各項屬性約束均前移至設(shè)計源頭，以增強工程可實現(xiàn)性。基于此理念，王向明發(fā)明了無接頭連接的翼一身整體大部件。這種大部件零件數(shù)量少、結(jié)構(gòu)完整性好，采用鋁合金即可滿足要求，而且能大幅度減輕結(jié)構(gòu)重量，增加燃油裝載量。

針對整體大部件存在的可制造性、裂紋擴展抑制和可維護性等難點，王向明帶領(lǐng)團隊逐個攻克。他提出了鋁合金加強框一翼梁整體件設(shè)計/制造一體化方法，同比傳統(tǒng)鈦合金框梁組合結(jié)構(gòu)，零件減少一半，減重超過1/3；發(fā)明了鈦合金層合結(jié)構(gòu)，使裂紋擴展壽命顯著延長；發(fā)現(xiàn)了裂紋擴展“拐點”特征，據(jù)此發(fā)明了鈦合金梯度梁肋結(jié)構(gòu)，取得明顯成效。

王向明發(fā)明的整體油箱干態(tài)嚙合密封結(jié)構(gòu)，最初的原理驗證是用家里的鋁質(zhì)飯盆完成的。這個簡陋的原理件至今仍存放在他的書柜里。它雖然其貌不揚，但在王向明的心里貴如千金。

經(jīng)過充分的技術(shù)驗證，王向明團隊的研究成果成功實現(xiàn)了工程應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)重量和壽命的“天花板”，“新型戰(zhàn)機新概念結(jié)構(gòu)與快速試制技術(shù)”項目獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

敢為人先“打印”奇思妙想

同傳統(tǒng)機加減材、鍛鑄與鈑金成型等工藝相比，增材制造（俗稱“3D打印\"）為結(jié)構(gòu)設(shè)計拓寬了自由空間，受到國內(nèi)外工業(yè)界高度重視。2003年，王向明與北京航空航天大學的王華明教授（2015年當選中國工程院院士）開展密切合作，共同為飛機結(jié)構(gòu)件“量身定做”，即實現(xiàn)設(shè)計/制造一體化。有一次，二人到餐廳吃午飯，由于討論問題過于投入，直到下午2點，才發(fā)現(xiàn)忘了點餐。

王向明規(guī)劃出基于增材制造的大型整體化、構(gòu)型拓撲化、梯度復合化和功能結(jié)構(gòu)一體化等飛機新概念結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，“飛機鈦合金大型復雜整體構(gòu)件激光成型技術(shù)”獲得了國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎的殊榮。王向明團隊的一系列研究成果應(yīng)用于多個型號項目，使我國成為唯一實現(xiàn)增材制造構(gòu)件在飛機上規(guī)模化應(yīng)用的國家。王向明領(lǐng)銜的“基于增材制造的飛機結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計與工程應(yīng)用”項目獲得國防科技進步獎一等獎。

厚積薄發(fā) 只為一飛沖天

在第四代中型戰(zhàn)機—“鶻鷹”研發(fā)過程中，王向明接過了該型號常務(wù)副總設(shè)計師的重擔。他一邊帶領(lǐng)團隊全力以赴開展設(shè)計工作，一邊研究如何“好、快、廉”地把飛機造出來。經(jīng)過深入系統(tǒng)的研究，王向明設(shè)計出獨具特色的新機快速試制模式與技術(shù)體系，得到組織上的鼎力支持。

為了化解潛在風險，王向明積極組織進行模擬驗證，同時全力推進飛機快速試制。最緊張的時候，他曾經(jīng)在早8點到次日凌晨2點，先后8次往返于設(shè)計所和工廠之間！因長時間奮戰(zhàn)在試制現(xiàn)場，他甚至被同事們戲稱為“更夫”。

艱苦的付出終于取得了豐碩 成果，換來“鶻鷹”成功首飛。

2012年12月31日，當飛機平穩(wěn)著陸的那一刻，王向明和團隊成員激動相擁，眼里擒滿淚水，內(nèi)心深處進發(fā)出一個聲音一義鶻沖天伴夢飛！

“鶻鷹”快速試制模式取得一系列技術(shù)創(chuàng)新突破，創(chuàng)造并保持了多項紀錄，為后續(xù)型號裝備立項研制夯實了基礎(chǔ)：全機重量控制精度提高一個數(shù)量級；危險部位減少一半；結(jié)構(gòu)件／工裝減少一半，設(shè)計制造時間縮短1/4。

航空報國的夢想讓王向明一路披荊斬棘，用技術(shù)創(chuàng)新推動著我國航空事業(yè)的發(fā)展，實踐著科技強軍的使命。這條在外人看來清苦而又艱辛的科研之路，王向明跋涉其間卻并不覺得寂寞和辛苦。“對于飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計的探索已經(jīng)融入了我的人生，這輩子只想做好這一件事。如果有下輩子，我還會選擇飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計！”王向明飽含深情地說。