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航空航天类专业文化节之”大咖谈专业“集锦④||飞行器环境与生命保障工程

来源:航空学院 作者:胡挺 点击:243 发布时间:2020-05-09 16:17:22

    2020417-418日,飞行器环境与生命保障工程“大咖谈专业”下半场正式开讲。余莉教授冯诗愚副教授分别就“救生及气动减速技术”与“飞机燃油系统和惰化技术”两个方向开展了精彩报告;孙建红教授的报告则围绕直升机&固定翼飞机安全救生方向及他对“人机环境”专业的理解展开,引人入胜。下面就跟随本篇推文一起回顾一下吧!


飞行器环境与生命保障工程

 “大咖谈专业”第③场:余莉、冯诗愚

余莉老师介绍了救生及气动减速技术方向的专业地位与研究情况,主要包括四个方面:应用情况、研究内容及特点、培养理念及研究基础。救生及气动减速技术在航空航天、兵器、深空探测、民用制造业等诸多领域内均得到广泛应用,占据重要地位。但与此同时,系统自身存在的高度非线性和高度不稳定性亦给我们带来挑战,如弹射救生系统。研究内容大致分为两个方面:一是防护救生及生命保障技术,主要对飞行员和航天员的个体防护问题与安全救生及生命保障问题开展研究。美国曾在飞行器技术发展的白皮书中指出弹射救生技术是促进飞行器发展的17项关键技术之一,由此可见其必要性与重要性二是气动减速技术,主要是利用减速装置形状的变化改变运动物体气动特性,达到减速并提高稳定性的目的。气动减速装置大多由柔性织物组成,在物体的减速稳定、姿态控制等方面具备高效、经济的优势。NASA的空间技术路线图中也将气动减速技术列为14项关键技术之一。

余莉老师还介绍了防护救生及气动减速技术具有学科交叉性强、实践应用性强的特点,具有鲜明的专业特色。我校自1959年就开展了该方向的教学与科研工作,在国内高校中是唯一开设有本科课程体系的高校,在柔性织物大变形流固耦合力学、伞-载系统多体动力学等方面均处于国内领先地位。随后余莉老师简要介绍了近年来课题组在航天器减速回收、弹射救生、气囊展开及缓冲着陆等领域所作的部分工作,在基础研究、重点型号应用等方面均取得了较为丰硕的成果。

冯诗愚老师细致地介绍了飞机燃油系统和惰化技术。冯老师说:目前任何航空主机所或主机厂均有燃油部门,但是国内高校没有燃油专业,这个专业技术人员来自于环控、流体等各专业,环控是最对口的,所学完全胜任该专业。燃油系统首要考虑的是安全性,因此相对于环控、液压等,燃油发展相对保守。在目前飞机发展轻质化、智能化、多电化的趋势下,燃油系统也研发了惰化技术、油箱测量等多项新技术。

油箱燃爆是造成运载工具失事的主要原因之一,控制火焰传递和改变燃爆极限的飞机燃油箱防火抑爆技术是最为有效的方法。在中国的三航院校中,只有南航在做这一部分的工作。2006年起,我校科研团队在国内率先开展了油箱惰化研究,在应用基础理论、关键技术创新、核心部件开发、重点型号工程应用方面均取得很好的成就。

冯老师还介绍了利用激光干涉法,特别是3D结构光在惰化技术领域相关的研究与应用:用3D结构光还原变形后液面的三维模型,从而计算油量、分析振动频率的影响;另一方面测量燃油箱的液面波动;介绍了如何用Monte Carlo方法随机模拟评价油箱是否可燃等。

在飞行器环境控制专业升学和就业方面,冯老师表示:“飞环”专业面宽,所学课程多,毕业后可从事飞行器环境与生命保障、航天器热控技术、空调与制冷技术方面、热能与动力工程、电子设备热设计等工作。南航环控专业老师与国内航空航天系统燃油动力部门有很多科研合作,因此对于我们的学生就业又增加了新的选择;燃油是古老的系统,但是也有很多新的技术等待开发;盼望和有激情的同学们一起工作,为行业进步贡献力量。

Q本专业是否需要学习化学知识?本研究方向是否涉及材料的问题较多?

A本科阶段我们专业对化学的要求不是很高,但研究生阶段就要看研究方向,由于我们专业面非常宽,所以我们组现在也有同学在做与化学相关的东西。我们现在研究生至少要懂反应过程,因此对化学的要求还是比较高的。实际上材料偶尔会涉及,比如我目前的自然科学基金项目,研究降落伞的柔性植物的孔隙结构对气动性能的影响,这必然涉及材料工艺。但实际上我们专业跟力学的关系更为密切。此外,我们希望同学们勤于学习善于思考,主动性强一些。

Q请问余老师目前是使用自编程序还是商业软件?我们的仿真技术是二次开发还是自编?

A目前我们的很多计算是通过商业软件,但有的会选择自编程序,两条路都在走。具体选择要视情况而定,我们希望做出来的东西有自己的特色,成熟高效的商业软件我们可以直接利用,与此同时我们也始终在改进自身软件上的不足。仿真技术我们有二次开发的,也有直接利用商业软件和自编的。比如我们的飞行弹道、姿态等基本上都是自编,就是一定要做有自己特色的东西。关于二次开发,我们曾经做过一个仿真软件平台,是在自编程序、商业软件的基础上再进行二次开发。过程中我们发展丰富了自己的算法,但更多的是发展新模型。我们主要根据研究对象的特点来发展模型,然后提出一些前置性的性能规律,再通过分析计算得到一些新的规律。

Q飞机的黑匣子与飞环有关吗?火箭回收和飞环有关吗?

A黑匣子更多涉及的是电的东西和材料的东西。但怎么把它投下来,投下来他就到什么地方,这一块是我们专业在做的事情。火箭回收和我们专业有关系,国家正在想要火箭回收,实际上火箭回收是比较困难的,他可以缓冲放力回收,也可以软着陆回收。用降落伞回收是其中一个非常重要的途径。现在正在做这方面的研究。

Q飞环跟人工智能有什么结合点?与其他几个专业相比,飞环跟机械和计算机等学科联系会更多吗?

A其实AI现在跟任何专业都会有结合点。比如说燃油里面最近有一个项目是关于AI跟深度学习。传统测燃油油量的方法比较麻烦,现在我们就可以利用AI技术来代劳。因此人工智能与我们飞环专业还是可以有较为紧密的联系的。计算机是工具,现在基本上所有专业跟要计算机、英语打交道。机械的话需要看方向,我们其实打交道也蛮多的。

Q本科期间飞环专业会再细分吗?

A本科期间是不会细分方向的,但同学们可以根据自己的兴趣针对性地选择相应的课程。此外,同学们可以参与老师的细分专业中,我们也鼓励本科生参与一些科学研究与创新研究。其实同学们这几天在听宣讲时会发现,每一个老师都至少有一个主要研究方向,可能还会有1-2个次要研究方向。所以我们飞环专业的研究方向非常多。未来同学们通过进一步的学习了解的东西也会越来越多,我们目前是希望培养通才,拓宽同学们的知识面,这与我们国家整个教育大方向也是相符的。


飞行器环境与生命保障工程

 “大咖谈专业”第④场:孙建红

孙老师说:对飞机或者飞行器来说,不同的历史时期,它所面临的要求是不一样的。初期,比如说一战、二战时,航空以效能为首位;技术发展到今天,可以看到,飞行器特别是民航方面,安全、效能、舒适性和经济性在作为航空技术发展的一条主线。“安全”一定是我们在整个航空领域里面是摆在首位的。飞行器的安全救生方向其实涉及的面很宽。现在,随着海洋权益与海上直升机使用越来越多,直升机的安全救生技术需求日益旺盛,我们课题组花了大概十年时间,一直从事直升机海上应急救生技术研究,以及对民机越洋飞行救生技术的进行了系统研究:

1)在直升机海上应急救生方面,建立了一套对直升机海上应急漂浮系统的研究平台,在对直升机本身的气动力分析、操控性分析和安全性分析基础上,设计安全气囊的安装位置、大小、漂浮性等等这些技术指标要求,以及建立直升机漂浮系统相似性实验理论,开发出具有高可靠性的直升机应急漂浮系统是高校中唯一系统开展此项研究的团队,处于领先地位。

2)在固定翼飞机安全救生方面:在马航事件以后,针对民航客机越洋飞行安全提出救生技术解决方案,发明了一个叫“HARBINGER”的智能弹射飞行数据记录系统,它具有智能弹射、拖弋拍摄、缓降漂浮、数据传输等功能。与商飞美国公司合作,目前已在美国成功申请三项专利,同时也是我们中国民用航空首次以系统级产品向FAAEASA申请适航认证,并将参与相关适航条款、工业标准的制定

孙老师随后还就“重装空投、弹射座椅”中的气动减速及滑车试验数据分析理论的研究进展、高速地效飞行器海上安全救援平台研究情况、航空医学需要解决的问题等做了介绍。

孙老师眼中的飞环专业:“人机环”是一个非常系统全面的专业,作为这个专业的学生,“流体力学、传热学、热力学”等基础课程对今后的发展非常有益。我们讲人机环,一直不太喜欢“Human Machine”这个称谓,我更喜欢“Ergonomics and Environmental Engineering”,人机功效实际上是目前人机管理比较薄弱的一环,希望更多的同学能够关注我们人类自身安全的这样一个学科,人类总有一天要走出地球的,而要走出地球,航空航天环境下保障人类身心健康和安全,一定是首先要解决的问题。对于“人机环”领域的研究,目前缺的不是经费,而是奋斗和创新精神,是我们每一个师生在这个领域里面的投入、专注和更高的追求。欢迎大家选择飞环专业。

Q:如果以后不想从事航空航天领域,飞环专业的学生有什么就业方向?

A我想这个问题可以非常简单回答,我们人类将来遇到的问题,环境肯定是逃避不了的。我们谁都不会想象到2020年大家能宅在家里好几个月。我在前面给大家介绍了一个小故事,大概是2000年,在斯坦福交流的时候,当年的MEMSCPU冷却技术研究方面,需求非常旺。当时有个斯坦福博士生他告诉我,低于7万美金的工作,我就不毕业,我就待在学校里面跟老师做研究,他能这样有底气,也是因为专业和我们专业一样。我们专业的课程,学科涉及面广,所以大家不用担心。比如说我们硕士毕业的学生,哪怕不在航空航天领域,但我们这个专业对学科的知识面构架,对集成创新、系统工程方面的训练会让你终生受益。 除了航空航天领域,我的学生毕业后有在澳洲做环境测评的,有做生物流体力学,做热环境系统的,还有高铁方面的,都是“飞环”专业的外延拓展,所以我想我们这个专业不管是在航空航天还是其他的领域,工作都没有问题。

Q:飞环专业的学生大一大二能开展科创吗?

A:从才华特质来说,低年级的敢想敢干是具有非常大的优势的。有一句话叫出名要趁早,我不一定赞同,但是我觉得科研要趁早,我们这一代从小就接受一个的观念,叫理论联系实际。我非常认同的一种理念。所以我觉得大家不要觉得我是一年级,我是二年级,那些高大上的东西就离我很远,不是我现在所要去考虑。如果从现在开始,让课本知识和科创能融合不是更好?全球大学都有那么一批人,还有是从高中就开始,就对一些未知和疑问,带来了新想法。这些想法能够让你的学习过程非常的有趣,能够吸引你不断的向前走,这是一方面。第二方面大家在一二年级时间还是有的,学习任务是很重,但时间肯定是有的。为什么不能利用这样的一个时间尽早的去接触?科学研究一定对你们的成长非常有利。我也非常愿意,如果同学在本科期间,愿意加入到我们团队,一起来了解一些或者是探求一些未知的知识,我是非常欢迎的。当然我们也会监管,就是说一旦你的基础学习出现问题,我们还是要调整这个状态的。所以我觉得第一是鼓励支持。第二个是过程中,因人而异去把握参与的度。谢谢。

有学生可能会问,我目前现阶段想跟着老师做科研,能做什么工作呢?有些工作可能是你想象不到的,比如说今天老师有一个idea,但是,可能就只是个idea。如果可以请同学跟我们一起对这个idea,并进行一个分析和深入,可能就会有创新。你们也可以提出自己的想法、建议,当然不是什么研究都一定会明天就能出结果,或者是写paper,其实这些都不一定特别重要,重要是参与。

你可能开始加入老师的团队,是参与,是学习,是提高,是接触跟传承一种科研的文化。你会发现你融入老师团队后总能慢慢发挥自己的作用。我经常跟学生讲,你加入团队,你在细微的工作中,你能养成一种学术求真,做事求实,与人求善的这样的一个文化。这个工作有的可能很点滴,但是我们讲罗马不是一天建成,我们都是站在伟人的肩膀上才能看得更远。

Q:直升机的防护救生技术跟客机、战斗机研制有什么技术指标区别?

A直升机有两个明显的特点,一是飞行高度大部分的是低空,二是飞行时速大概在300多公里这样。直升机的救生装备也是围绕着两大特性进行设计的。至于直升机的安全技术和客机战斗机这些指标有没有什么区别?当然还是比较大的区别。比如战斗机它的飞行速度高,全包线的去考虑它的设计指标,速度跨度大。但直升机这样的一个速度,加上本身在应急状态下的它的一些的动力损失,速度减低,所以它的安全设计的包线相对来说跨度要小一点。又比如,由于旋翼影响,直升机的救生技术就不合适采用一般战斗机的弹射救生技术。

Q:“飞环”专业在民航领域有哪些应用,就业前景如何?

A我国是民航运输的大国,但还不是强国,原因就是我们现有的飞机以及机载系统包括我们飞环的设备系统和集成,都是国外公司掌握先进技术。比如说飞机主要是空客、波音,我们自己的飞机占的比例非常非常小。但是从2008年到现在,包括我们长空学院蒋院长,还有我们系很多老师,在商飞做出了很大的成绩。我们自己的飞机,像C919,将来所面临的系统集成以及系统升级,一定是需要我们自己的技术。所以从现在开始,为了中国自己的飞环系统和技术更好的应用在国产大飞机上面,一定需要我们飞环专业的同学们去进行服务和保障。国家民航运输发展,特别是民航强国的未来,飞环专业培养的就是机载设备的系统提供商和新技术的研究者,需要我们做这个技术领域的佼佼者。

Q:飞环就业会不会涉及适航认证相关方面?

A这是一定的。可以说在整个民用航空专业方向上,适航认证是你躲不开的东西。空军要求可能稍微弱一点,但是整个民用航空,任何一个系统和变化,都存在适航认证,要不然是不可能上飞机的。这位同学从现在就可以开始关注适航。我们以前主要是买国外民机,涉及适航问题可能相对不那么频繁。但是随着我们自己的C919飞机的应用,和不断的改进提升,适航工作会越来越多,飞环专业也是肯定要涉及适航技术的。如果不能从设计开始就考虑适航问题,那么将来因为适航工作不完备,它的维护、保障等等体系的成本和效能会有很大的影响。 

Q:飞环专业国内选择读研的话,有哪些学校比较好?

A我想其实这取决于你对自己的规划,比如说同样读一个学科,如果说它的应用背景是航空、航天、民航,那我觉得我们不比清华差。但是我知道在一些学科的基础研究里面,比如说工程物理,清华一定是最优选择。考虑读研,第一就是你读研的目的,你是仅仅为就业还是学术追求?学术的话你希望是哪一个方向或者是哪一种状态?第二读研选择还不完全是学术问题,每个人背后还有家庭环境、追求爱好等等。我想说只要读研,都是好的。做学问,如果选择做学问,提高自己,自身学习还是最重要。孔子说:“敏而好学、不耻下问”,实际上学习的过程就是这8个字。 

  “飞行器环境与生命保障“活动周,四场报告,六位大咖,从不同的角度全方位的展示了飞行器环境与生命保障工程专业的实力和优势,大咖们独特的人格魅力更是充分彰显飞环专业的人文“软实力”,不少学生在直播间聊天窗口直呼:“飞环,ii了”、“只招60人,怎么破”……本次“飞环”活动周在蒋彦龙老师的精彩开篇报告中拉开序幕,在孙建红老师的压轴演绎中完美收官。各位同学们,“飞环”有你更精彩!


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