一飞冲天航空梦 脚踏实地创新行——记无人机专家、清华大学王浩文教授

王 芳

一飞冲天航空梦 脚踏实地创新行
——记无人机专家、清华大学王浩文教授

王 芳

我国航空航天事业的飞速发展，也把其中的一个分支——无人机推入了快速发展的轨道。今天，在经济发展和社会生活中，无人机有了越来越多引人注目的表现，展示出蒸蒸日上的势头。而这一新兴装备的背后，是一批科技工作者独到的眼光和深耕于航空器领域所付出的汗水与心血。这其中，来自清华大学航天航空学院的王浩文教授以其卓越的成就，成为国内无人机研发领域的创新先锋。

在2016年11月初举行的第十一届中国国际航空航天博览会上，王浩文团队研制的XV-2农业植保型无人直升机甫一亮相，便受到广泛瞩目。XV-2为一款专业级农业植保无人机，通过超视距（＞550米）、低高度（≤10米）、额定速度（≤15米/秒）的自主航迹飞行，可实现大田作业模式下的精确喷洒；每小时作业大于200亩，具有较高的作业效率，在国内植保无人机市场优势明显；它的最大起飞重量达230公斤，最大载药量70公斤，系全球最大的植保无人直升机之一。这一款飞机，凝聚着王浩文深厚的专业知识，它的问世，是对王浩文多年努力的最好回报。

从小与航空事业结缘开启学霸模式

王浩文长期从事直升机设计方面的科研和教学工作，研究方向包括新概念旋翼飞行器设计、直升机动力学等，曾先后主持和参与军队装备主管部门武器装备创新项目、国防重大课题以及预先研究课题共计十余项。2003年作为常务副总设计师参与南京航空航天大学某新型无人飞行平台的研制工作，负责总体设计、可靠性、标准化以及动力学分析等方面的具体工作，2007年该项目获得有关部委发明一等奖。

早在初中时代，他与航空事业的缘分就已开启。就读于西安市第八十五中学期间，因为成绩优秀经选拔先后进入了校航模队、西安市航模队，开始了长达4年的走训式业余体校训练生活。于是，在大部分学生只是埋头苦学课本基础理论知识的时候，王浩文就已经利用航模队的实践机会，早早开始积累动手操作的能力，并获得了陕西省航模比赛的小团体冠军。这些经验让他不仅对航空产生了浓厚兴趣，而且悄悄把一颗航空梦想的种子种在了心里。高三毕业之后，他以优异的成绩考取南京航空学院（后更名为南京航空航天大学，简称南航），进入全国唯一的直升机设计专业学习，并一直深造取得硕士学位。为了使自己的研究水平更高，之后他又考取了清华大学固体力学专业的博士研究生，师承我国著名的机械振动专家郑兆昌教授。

随着研究的逐步深入，王浩文决定把研究重点集中在直升机旋翼系统方面，着重研究直升机旋翼机身耦合系统气动机械稳定性问题。1998年，他博士毕业，进入南航航空宇航科学与技术博士后流动站，合作导师是国内著名的直升机专家高正教授。2000年，留在南航直升机设计研究所（直升机旋翼动力学国防重点实验室）任教，对于一门心思想扎根旋翼动力学研究的王浩文来说，这是一个非常好的科研平台。从2000年留校到2006年晋升为教授，他成为南航飞行器设计国家重点学科旋翼飞行器设计团队学术带头人、江苏省“青蓝工程”骨干教师。由于长时间里专攻直升机振动载荷及气弹稳定性研究，他建立起一套完整的直升机旋翼动力学分析方法，并在国内多个直升机型号的研发过程中得到成功应用，积累下了丰富的工程设计经验。

组建精英团队构建核心竞争力

2008年，王浩文调入清华大学航天航空学院担任教授。刚到清华时，他面对的就是一张白纸，既没有在南航期间的优秀团队，也缺乏资金支持，所有工作全都需要自己亲力亲为。于是，他决定改变以往的科研模式，首先解决生存问题。在硬件设施方面，他发挥自己的专业特长，协调各方资源把研究所需的硬件条件甚至场地，都一一进行落实。在项目研究方面，他放弃了之前已经习惯了的立项、申请项目、验收等比较繁琐而且流程审批较慢的纵向课题工作模式，而是采用合同方式，对接多个“短平快”项目，快速上马、快速完成。项目之余，将主要精力放在无人直升机系统的研发上。这样不仅保证了自己在经费方面的自主权，而且保证了主业的持续发展。

王浩文认为，无人机是一个多学科交叉领域，比如可以跟微电子、精密仪器等专业结合，也能够跟机器人、电动车等领域打通，因此他在招收学生和组建团队的时候，非常注重专业背景的多样性。团队的组建得益于清华大学的人才优势和自由的科研环境，王浩文造就了一支精干的由学生组成的科研团队。他带领的学生都是在项目中锻炼出来的，从宏观的研发架构到基础的复合材料桨叶铺层、飞控系统和舵机的电路板设计，他们参与了整个过程。比如做飞控系统的学生姜辰，免试保送进入清华大学自动化专业，硕博连读后跟随王浩文从事无人直升机相关的研发工作，先后参与TH150-A、XV-1、XV-2的研发，负责无人直升机的飞控系统软硬件开发、航电系统开发等。而博士生张玉文的研究方向是无人直升机关键结构设计方法，包括复合材料机体结构和桨集成动力单元设计。

王浩文说自己和学生们非常幸运，赶上了一个好时代。目前，我国无人机规模化民用刚起步，市场潜力巨大。据业内专家预计，民用无人机需求总额到2022年将增至22.8亿美元，需求总额将达到134亿美元。正是存在巨大的市场需求，才能够为产学研模式提供更多探索的可能性。王浩文认为工科学生需要强化动手能力和创新意识，通过“实证”体现自身科研的价值。在项目磨练中，学生们越来越有自信心，不仅强化了原有的知识结构，还增加了很多实战经验和市场观念，对于用人单位来说，这也是一笔巨大的财富。因此他们毕业之后到企业去应聘，甚至不用煞费苦心地写简历，只要展示自己参与的项目成果就足够具有竞争力，甚至有些企事业单位在学生没毕业之前就被抢先“预定”。

成立隆华开拓植保无人机市场

随着项目有序进行，王浩文开始规划开拓无人机市场的事宜。他带领的团队在技术研发方面具有绝对优势，要想在市场方面发力，批量生产产品，还需引入资本力量以及具有丰富经验的硬件设备制造商，于是经过对接各方力量，以及商议和不断磨合，最终通过成果转化，由隆鑫通用动力股份有限公司和清华大学下属投资机构共同出资成立了珠海隆华直升机科技有限公司，专门从事无人直升机整机系统及零部件的研发、制造和销售业务。期间也经历了一段逐步适应的过程。在校期间，他主要研究的对象是有人直升机，要完成一个型号，周期非常漫长，需要进行预先研究、演示验证、型号研制等一系列程序，如果按照这种方式和进度，前后可能要经历十几年时间。而一旦进入市场环境，他首要考虑的是企业发展，不仅要考虑消费者的需求，还要把产品研发周期尽量压缩。种种困难摆在眼前，到底怎样把无人机与市场需求进行结合，他和团队进行了很长时间的探索。

2014年，国内第一个具有航拍功能的消费型民用无人机诞生，产品一经推出，就得到很多消费者的喜爱，打开了无人机市场。这一现象的出现给王浩文带来了很大触动。因为他长期待在实验室，最关注的是关键技术对飞行器的飞行性能、飞行品质和可靠性的提升，使无人机的技术如何为国家国防安全建设做贡献，对于到底怎样才能满足民用市场和用户的需求，相对缺乏经验。自从出现了航拍无人机，王浩文开始转变思路，对无人机市场做进一步延伸分析。他说：“国家安全包括国防安全、粮食安全、金融安全和能源安全等多个方面，很多行业和领域都需要无人机。就拿粮食安全来说吧，中国的粮仓集中在东三省、内蒙东部和新疆等具有广袤耕地的地区，它们的共同点就是地块大。如果利用我们现有的技术开发一款全自主专用植保无人机，实现无人程控和精确喷洒，解决我国农村劳动力短缺的问题，其科研价值丝毫不亚于国防安全领域的研究。”

植保无人机的研发项目很快被提上了日程。经过一番调研和分析，他发现市场上出现的无人机多属于电动微小型无人机，存在载药量、续航能力的问题。而载重量和航时是王浩文团队研发产品的优势，再加上包括发动机、旋翼、飞控与导航等关键系统完全正向开发，实现了全国产化，价格方面优势明显。需要解决的问题主要限于植保无人机的精确定高与精确航迹的控制。表面看来，它们的飞行科目比较简单，但某些技术方面的要求甚至比军用直升机还高。因为在实施过程中，无人机不能有重复喷洒，也不能有漏喷，对定位和精准度要求非常高。除此之外，团队还解决了很多其他关键技术问题。比如利用自己的专利技术通过对发动机的改型设计将发动机、减速器、启动机、发电机和离合器一体化，通过散热系统的精确设计解决了植保无人机反复悬停起降的热循环问题。而在植保无人机的旋翼系统方面，他又结合之前的学科积累，将第四代旋翼设计技术加以应用，对飞控技术进行研发，一个接一个逐步攻克关键技术，最终取得了成功。

面对隆华研发的无人机为何受人注目的问题，王浩文这样解释：“隆华的核心竞争力是隆鑫的‘心脏’+清华的‘大脑’和‘翅膀’，同时具备飞行器正向开发能力和发动机等关键部件的量产制造能力。”形象的比喻中，隐藏着企业取得优势的密码，那就是坚持自主创新。事实上，由于无人机市场的竞争趋于激烈，很多企业之间的实力差距正在缩小。但是像隆华公司这样坚持追求自主研发并最终脱颖而出的，在国内却并不多见。

2017年，XV-2将进入小规模量产，随后将根据细分市场推出不同用途的XV系列产品，进行不同模式的探索，在顶端进行实用模式的提炼，同时会尝试去做更大的无人直升机。提起近些年我国航空航天事业的发展，王浩文很兴奋，对实施创新驱动战略的美好前景充满信心。他也希望借助科技创新的大环境，在实践中“提炼自己的科研问题”。