跨越天空的距离——记北京航空航天大学能源与动力工程学院教授邹正平

□ 李明丽

航空发动机，被誉为一个国家的“工业之花”，这朵“工业之花”的绽放程度，不仅仅是国家工业发展的标志，同时也是空军发展的一面旗帜。虽然，中国的这朵“工业之花”经历了极其坎坷的发展历程，但所幸近年来，中国航空发动机始终走在前进之路上。

之所以能够稳步向前，自然少不了强有力的助推。和北京航空航天大学能源与动力工程学院教授邹正平一样，许许多多的科研工作者正前赴后继奔赴在这条助推之路上。

精细化流动结构：探流体机械之谜

每逢毕业季，除了伤感，还不应该忘记曾在绿树环绕、鸟语花香的校园中奋斗过的青春。1999年4月，邹正平从北京航空航天大学动力系顺利毕业并获得工学博士学位。经过两年在北京大学湍流研究重点实验室的博士后研究工作后，邹正平再次于2001年回到北京航空航天大学，至今，已是邹正平在北京航空航天大学的第17个年头了。

十几年如一日，无论是叶轮机内部精细流动机理研究还是精细化设计方法以及新近开展的新概念航空发动机技术等诸多方面的研究，邹正平都坚持不懈，从未放弃探究其中的奥秘。

流体机械内部流动的奥秘博大而精深，想要探究流体机械性能，必须对其内部流动进行细致的研究，而这些正是邹正平研究的重点之一。

邹正平

“我们了解复杂流动之间的相互作用及其时空演化机制，有很大的工程实践价值。比如通过精心设计来实现理想的流场组织，通过有效的控制手段实现流场的控制，最终达到提升流体机械性能的目的。”邹正平说道。

以低压涡轮叶片表面边界层为例，其内部复杂流动结构的时空演化非常复杂，是边界层损失的主控因素，对于低压涡轮性能有明显影响。邹正平带领团队发展了三维大涡模拟程序和精细化实验等手段，获取大量的尾迹边界层相互作用的数据并对此建立了相应的数据库；在此基础上，对这种复杂压力梯度环境下非定常激励对边界层的精细流动结构及演化机制进行了研究，并建立了二者相互作用的运动学模型；并与中国航发608研究所合作进行了大量的工作，最终成功发展了适用于低雷诺数低压涡轮的气动设计方法，并获得实验的成功验证；此外，基于对边界层流动机理的认识和模型的建立，邹正平还发展了高负荷的低压涡轮气动设计方法，并在实验室得到成功的实验验证。这些研究都可为航空发动机涡轮的设计提供行之有效的设计方法和手段。

和学生一起讨论

对于航空发动机涡轮部件而言，端区损失，如二次流和叶尖泄漏损失是另一个重要的损失来源，也一直是人们研究的热点与难点。随着航空发动机设计要求的提高，涡轮的负荷越来越重，其内部精细化流动组织也显得越来越重要。邹正平通过实验、数值模拟手段以及理论分析相结合在该领域也进行了大量的研究工作，并取得诸多成果。以叶尖泄漏损失为例，邹正平通过深入细致分析其内部精细化流动，探讨叶尖泄漏流动与通道流动的非定常掺混机制，并获得对泄漏损失影响显著的叶顶主控旋涡结构，并在此基础上，发展了相应的设计手段对这些主控旋涡的空间演化进行把控，最终使得涡轮性能有较大幅度提升。成果背后的艰辛可想而知，但追随科研脚步的邹正平并没有得到满足。他再次投身实验室，对涡轮内部多学科耦合机制进行研究。在他看来，科研无止境，将自己扎根于科研中只不过是一个普通科研工作者的日常。

先进设计技术：航空发动机的“命脉”

如果说一个国家在航空领域的发展是综合国力的象征，那么发动机就是航空领域得以发展的突破口，但这个通道却不容易打破，殊不知，其中设计技术就是掌握航空发动机发展的“命脉”。

邹正平介绍，对于航空发动机、地面燃气轮机等动力装置来说，涡轮是其中的关键部件之一。虽然涡轮设计技术已经有几十年的发展历程，但是随着飞行器要求的不断提升，航空发动机对涡轮部件也提出了越来越高的要求，如果不能围绕这些新需求和使用特点，有针对性地发展相应的设计方法，势必难以得到满意的设计结果。

通过与航空发动机相关研究所合作，邹正平围绕不同用途的航空发动机涡轮工作环境的特点进行分析，有针对性地探讨工作环境和使用目的变化对涡轮工作机制的影响，再结合精细化流动机理的研究，发展了这些变化特征的涡轮设计方法，并提出合适的评价体系和相应的设计准则。据悉，目前已在多个不同类型涡轮的设计技术中，如适用于涡桨发动机的多恒定工作转速涡轮、适用于通用核心机的涡轮、高度紧凑的对转涡轮、超高气动负荷的低压涡轮、计及低雷诺数效应的低压涡轮等取得了突破。这些研究工作有助于改变涡轮的气动设计理念，促进涡轮气动设计由粗放型设计向精细化设计转变，最终实现涡轮设计水平和能力的提升。

除精细化设计技术之外，邹正平从事的另外一项设计技术方面研究工作是探讨新的设计理念，即如何在设计时综合考虑各种不确定性因素的影响，并开展相关的基础及方法研究，期望最终能够形成这些不确定性影响的鲁棒性设计方法。以航空发动机的制造为例，加工装配的差异是不可避免的，这些差异可能导致发动机性能差异显著，特别是精细化设计技术已在发动机设计中大量使用，虽然对提升发动机性能卓有成效，但精细化也可能导致鲁棒性下降，从而对加工、装配乃至使用维护等方面带来很大困难。邹正平的工作，就是对这些不确定性因素的影响规律进行分析，并在设计中综合考虑这些不确定性因素的影响，降低设计结果对关键参数的敏感程度，使得航空涡轮发动机在具有优异性能的同时，也具有良好的鲁棒性。

在邹正平的科研之路上，课题组陈懋章院士和徐力平教授始终是他的引路人，“他们严谨的治学态度，踏实的工作作风，优良的师德等都深深感染着我。”邹正平表示。正是这些优良作风使他深刻体会到“师者，传道授业解惑也”，也增加了他对学生培养的责任感。除了出差或开会，他每天都要腾出时间与学生一起讨论问题。他对研究生讲的最多的话就是：“要么不做，要做就做最好。”

教学的乐趣与科研的魅力总是在不经意间流传，要做一件有意义的事情，也许归根结底只是因为一句简单的话语，一份坚持的执着。邹正平说，“直到现在，我对流体机械研究的兴趣也是在不断增加的，这是一门神奇的学科，你了解地越深入就越会被它吸引。”