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创新“燃气轮机”研究,为强军报国不懈奋斗
发表时间 2017-08-07 09:03 来源 本站原创

  ——记中国航发动力所李孝堂和他的燃机团队

  多年来,燃气轮机因其应用领域广泛,且功率密度大、效率高、启动快,燃料适应性强、污染排放水平低等诸多优势,在提供能源和节能减排等诸多方面发挥着极其重要作用,已成为国家军用动力和民用能源动力的主力军。

  中国航发集团沈阳发动机研究所副所长李孝堂,在热能与动力工程领域,作为燃气轮机系列型号总师,他是研发领军人,用20多年时间开拓了一片属于燃气轮机的天地,李孝堂和他的团队是这片天地的主人,也是艰难的拓荒者,因为航机改燃机这个事业,是和理想生长在一处的使命与责任,为国家发展贡献动力,向世界先进燃机水平挑战,源源不断地交出满足国防装备、军民融合动力燃气轮机新产品的满意答卷。

  知之,以矢行之

  天降大任,生于忧患,不忘初心,矢志不渝。“不研制出自己的发动机,我死不瞑目”,体现老一代航发人献身事业的执着追求,正是这种崇高责任感和使命感鞭策着李孝堂,不畏艰辛艰苦,历经30多年的踏实勤奋,带领他的团队在实干中快速成长起来。

  改革开放后,大学毕业的李孝堂,踏上重新焕发了青春的航空工业热土,中国的航空发动机研制起步于上世纪50年代后期,承担起这一重任的是如今的中国航发沈阳发动机研究所,一代又一代的科研工作者踩着曾经技术贫瘠的泥土,蝶变出中国第三代航空发动机扎实的工程研制经验基础。

  “我们与国外已有那么大的差距,如果再盲目照抄,我们的设计队伍,我们这一代人,那就都废了。”李孝堂深深感到事业责任。在第一型具有自主知识产权的涡轮喷气发动机“昆仑”发动机研制中,承担了四级低压压气机修改设计工作,为了进一步改善其性能使主机在全转速范围内安全稳定运转,李孝堂认真仔细研究了以前部件和整机试验的数据以及中暴露出来的问题,对一级级叶片进行仔细研究,确定真正问题所在。针对确定的问题,年仅27岁的李孝堂,大胆提出并采用了端弯等先进技术和上下游匹配的统筹思想,仅对第二级进行了修改设计就使全台压气机效率提高了2.7个百分点,同时大幅度降低了整机上的压力脉动;他不仅专注压气机部件技术,还注意研究发动机总体技术,对发动机试车数据总体参数变化规律、燃油调节规律等方面都进行了深入细致研究并解决了研制难题。

  经过昆仑发动机研制历练成长,李孝堂在科研大项目中展露了过人的技术能力,不断探索发动机和压气机技术研制规律,不断向专业知识深度和相关专业扩展。在排故攻关中,他对发动机试车数据进行了深入细致研究,应用转差规律分析出故障原因,提出排故措施,解决了难题。1994年年仅33岁的李孝堂肩负起了研究室主任的重任,更是在发动机风扇气动、结构设计方面发挥了重要作用,带领团队通过多个压气机设计,逐步建立起了压气机自主设计体系,胜利完成了三大战役,打赢了压气机设计的翻身仗。

  李孝堂在空气动力学领域有深厚的理论基础,他勇于开拓创新、敢于挑战。20世纪初,中国与美国P&W公司合作设计100座客机发动机PW6000的低压压气机中,李孝堂作为研究所的项目负责人精心组织参研人员努力攻关,受到了美国P&W公司专家的好评。

  近年来,李孝堂主持设计高性能先进关键部件,为我国自主发展先进燃机、航空发动机奠定了坚实的技术基础。李孝堂作为发动机设计师第四代的杰出代表之一,身上有着前辈谨慎、谦逊的气质,也有着新一代继承者开拓、创新的思维。有别于前辈们蹒跚在资源、技术匮乏年代的思虑,在他身上,凝聚着新一代航发人的思考与筹谋,而不变的是航发人一脉相承的对事业的忠诚。

  砺之,海天并举

  国外航空发动机发达国家已证明了在成熟航空发动机基础上派生发展燃气轮机是一条多快好省的成功之路,“航机改型燃机”就在这样的背景下应运而生。

  20世纪末,随着动力所军用航空发动机设计技术逐渐成熟,发动机的性能和可靠性已经得到验证,经过充分调研、分析论证,国内12MW功率等级燃机尚属空白而市场需求巨大;利用航机改型设计燃气发生器并采用先进技术全新设计动力涡轮,其技术可行,QD128燃气轮机研制工作摆上日程。

  搞发动机技术研究需要坐得住冷板凳,干好燃机要动脑子,有方法,更重要的有钻劲、韧劲,一定要心无旁骛,遇挫折斗志不能减,当你感觉天黑的时候,天就快要亮了。李孝堂回忆那时攻坚的淡然道。QD128燃机研发、调试和试验考核过程曲折而漫长,真正考验了科研人员的毅力与斗志,然而大家始终保持高昂的士气、不断攻坚克难。“首先要自己树立信心,然后以身作则冲锋在前,遇到困难不回头,不放弃,并使他人也建立信心;第二是学习王铁人,没有条件创造条件也要上,不能等条件,时不我待。”李孝堂回望所走过的艰难时这样总结。



李孝堂在中国航发动力所展厅

  QD128燃机在业内赢得广泛关注,时任国务院总理李鹏听取了汇报,并对研制工作寄予厚望。QD128燃机以“昆仑”航空发动机为母型机,总体气动设计中采用了多学科综合设计技术,综合权衡性能、寿命等各种要求,达到整机的最优化设计。研制过程中充分发挥了航空发动机技术优势,吸取了国外航机改为燃气轮机过程中的经验和教训,解决了航改燃气轮机从空中到地面使用、从烧油到烧天然气、返修寿命从几百小时到上万小时的几十项关键技术。QD128燃机研制,是国内首次完成了航改中档功率燃气轮机从方案论证到商品化整个研制过程。

  作为总设计师,李孝堂主持了国产船用小档功率燃机的全过程研制。他提出了整机技术方案,主导突破了总体优化匹配设计、航改燃机寿命增长、环境适应性设计、刷式封严技术、新型可调节引射装置技术等几十项设计与制造中的关键技术;创新研制了20余项燃机配套成附件;排除了研制过程中几十项故障问题;完成了部件试验、整机试车。该型燃机通过技术鉴定,填补了我国小档功率船用燃气轮机的空白,是我国船用燃气轮机发展历史上的一个里程碑,该型燃机已替代进口,提高了部队作战性能。

  R0110重型燃机是国家“十五”期间863高科技计划重大专项,动力所作为总设计师单位,李孝堂带领研究所、高校、企业科研人员组成的产学研团队及国外技术专家昼夜兼行,在一年多的时间完成了设计并通过国家科技部设计验收评审。

  R0110重型燃机首台燃机机组,在中海油深圳电厂通过连续72小时运行考核,2013年通过连续168小时联合循环运行考核。试验的单循环发电功率110MW,热效率35.3%,达到或超过设计指标;2014年3月通过国家科技部验收,得到科技部部长高度评价。R0110重型燃机研发在总体设计,压气机、燃烧室、高效冷却透平的设计、制造、整机试车等技术关键创新突破。为减少环境污染,突破燃机低排放问题,李孝堂组建了专业攻关技术团队,搭建了低排放试验平台,经过4年的努力,研制出了单管干低排放燃烧室,于2016年实现了全温全压试验条件下80%~100%工况污染排放NOx小于22.3ppm,CO小于1ppm,满足国际限制排放标准。



李孝堂在2013 年上海举行的'' 下一代先进燃气轮机峰会'' 上做报告

  某型大功率燃机是李孝堂作为型号总设计师带领动力所团队进行设计的继小档、中档功率燃机后更高功率等级的航改燃机,也是设计难度最大的一型燃机,面临着多项技术关键。他高瞻远瞩,在多年前该型号进行预研工作时,通过开展压气机设计“三大战役”,推动燃机压气机再上水平。2005年李孝堂提出以大推力航空发动机为基础,采用压气机中间冷却技术发展船用间冷循环燃机的思路和方案,并主持开展了全面研究工作,他主导开展了间冷循环燃机的原理、特点研究,确定了燃机全工况工作模式和调控技术方案,该燃机的研制,探索出了一条我国跨越式发展大功率、高性能船用燃机的技术路线。党和国家领导人作了重要批示。评审专家组认为,该燃机多项关键部件技术和整机主要性能达到世界领先水平。已获2016年国防科技成果一等奖,被推荐申报国家奖。

  20年来,动力所研发的不同功率档次轻、重型燃机,取得了军民用轻型燃机装船应用或进入市场,大功率重型燃机发电示范运行等重大产品成果。李孝堂带领这个团队坚持以航空发动机技术发展自主知识产权燃机的技术路线,探索航改燃机研制发展规律,加紧突破动力的共性技术,燃气轮机不断扩展应用海陆空天。

  强之,才聚心远

  李孝堂尊重科学、治学严谨,学风正派,具有拼搏和奉献精神,他几乎每天工作10小时以上。他眼里的人生好比是一台发动机,通过这台发动机将知识、经验、理想、信念进行压缩、燃烧、膨胀、加速、做功等一系列操作,在燃气的激烈碰撞中燃烧,在动能与机械能不断的转化和变换中,将正能量、新思想传输得更远,越压越强,动力激扬,演绎着激流勇进、矢志创新、执着坚毅的精彩,为中国动力源源不断地输送着新鲜的血液。

  李孝堂认为,要在燃机领域撑起一片广阔的天空,必须要有永不服输的雄心、不断抢占高端领地的气魄,面对市场竞争,速度为王。在管理上紧密推进、统筹安排,在技术上稳扎稳打、求实创新,不断完善体系,积蓄优势。既注重战略的规划,更注重战略的落实落地。最宝贵的是培养一批优秀的燃机研发人才,提高自主开发研制能力,集中发动机各专业人才,培养设计队伍,磨练出一支经过航机和航改燃机实践锻炼的高素质且敢打硬仗、勇于拼搏的设计队伍。

  在各型号燃机项目推进中,李孝堂强调一要研制出最好的产品,二要带出过硬的队伍,总师、副总师必须到一线与科研人员讨论、研究和解决问题。他总是身先士卒,既当指挥员又当战斗员,并着重培养锻炼年轻人。他强调创新是赶超国际先进水平的法宝,没有创新就没有未来。通过给年青人压担子,鼓励他们不断自主创新,并经常与他们研究技术方案,以青年骨干为首的压气机设计小组采用多项新技术,攻克难关,不负众望,全新设计的低压压气机经过试验验证效率超过指标多个百分点,以青年骨干为首的涡轮设计小组,改进设计的动力涡轮效率超过原型多个百分点,同时大大改善了与上下游的匹配性,大大降低了总压损失;以青年骨干为首的总体设计组对各部件进行了总体优化匹配。由于部件效率的大幅度提高和总体的良好匹配,使中档功率燃机性能达到了国际先进水平、大功率环燃机主要性能达到国际领先水平。

  长期以来,李孝堂致力于航空发动机及燃机的基础研究、关键技术攻克、型号工程研制等方面的创新和突破,在项目进行中,根据国外燃机技术的发展趋势和我国技术发展现状,李孝堂提出了以提升设计能力为核心,科学发展、需求牵引和继承创新的设计体系建设总体思路,并逐步建成整机与部件的气动、结构、强度、试验和测试系统专业的设计和试验规范,形成了航空发动机改型燃气轮机的工程设计与试验方法,建立了不同功率档次航改燃机技术验证平台以及较高技术水平的整机和部件试验验证平台。

  面对诸多燃机研发型号齐头并进的繁重任务,李孝堂带领高凤树、尹家录、周建华等副总师一方面运筹帷幄,精心制定严密的计划;一方面科学组织,带领能“研”善“战”的团队不断攻坚破难。燃机战略地图上已规划了10多型燃机,对于技术难度大、研制周期长的关键部件、关键技术总是想尽一切办法提前开展研究工作,提前消除短板。随着战略地图中一系列燃气轮机的成功推出,大大加快了燃机的综合研发水平和成果输出。

  如今,动力所秉承“动力强军、科技报国”中国航发集团使命,始终坚持军民融合发展、着力建立“小核心、大协作、专业化、开放式”的研发合作生产合作模式。已经与高校和社会科研机构积极开展产学研合作,动力所在燃机领域已初步形成了功率覆盖1~110兆瓦的微、轻、重型燃气轮机发展谱系以服务舰船和工业领域,走出了一条适合我国国情的燃机发展道路,为我国船用和民用动力需求提供了自主保障。

  李孝堂是中央直接掌握联系的高级专家,博士生导师,享受国务院特殊津贴。曾获国防科技工业有突出贡献中青年专家、国防科技工业“511工程”学术技术带头人、2012年度“科学中国人年度人物”、第三届冯如航空科技精英奖、中航工业首席专家等31项荣誉称号。先后获省部级科技成果奖10项,其中国防科技进步奖一、二等奖各1次,中国航空学会科学技术奖一等奖1次,均排名第1;获多项集团科技成果奖。在型号研制中荣立集团一等功3次,二等功2次;发表论文21篇,独著或作为第一完成人出版学术专著4部;技术专利13项,作为第一完成人发明专利3项。

  专家介绍

  李孝堂,1961年6月生,硕士研究生学历,中国航发动力所副所长、燃气轮机型号总设计师,博士生导师,享受国务院政府津贴。曾获国防科技工业“511工程”学术技术带头人,2012年度科学中国人年度人物,第三届冯如航空科技精英奖,中航工业首席专家等三十几项荣誉称号,先后获省部级等科成果奖十几项,发表论文几十篇。长期以来,坚持以航空发动机技术发自主知识产权燃机路线,致力于燃机基础研究,关键技术攻克,型号工程研制等方面的突破和创新,取得了系列重大产品成果,为我国燃机发展做出了重大、创造性贡献。