加快科技成果转化加强自主创新精神——访北京理工大学机械与车辆学院博士生导师 闫清东教授

■ 文 王云硕

如果把发动机比喻为车辆的“心脏”，那么传动系统，则好比是“肌肉”，将动力传输到身体各部。畅销世界的车型背后都有着优秀传动系统的身影。早年，我国在先进传动系统方面主要还是以仿制国外产品为主，为了能够实现国内传动系统的自主研发，实现产能布局与市场需求最佳匹配，北京理工大学车辆传动国家重点实验室(以下简称实验室)于1992 年10 月由原国防科工委批准立项成立，1998 年3 月建成并投入运行。实验室依托北京理工大学特种车辆研究所，始终坚持“理论与实践、工程与科学、宽广与精深相结合”的人才培养理念，立足国防、面向国家战略、瞄准国际前沿。回首风雨20 多载，实验室培养了一大批车辆工程专业专门技术人才与管理人才，是开展学术交流、成果转化、产学研结合与国际科技合作的前沿基地。

本期我们采访到北京理工大学动液传动研究室学术带头人、北京市高等学校教学名师、流体传动与控制学会液力传动技术委员会委员、液力专业委员会主任委员闫清东教授。实验室在闫清东教授的带领下可以说是走过了一个辉煌的阶段，现在正同国家一起跃上一个新的高度。

《起重运输机械》：实验室立足于行业前沿的根基是什么？

闫清东：动液传动实验室由所校联合，优势互补，充分利用优质的科研条件和重点实验室基金，紧紧围绕国防科技和武器装备发展需求，积极开展创新研究和探索性研究。围绕车辆主题，本着自主创新、求真务实的工作理论，专注在深化基础理论、建立方法体系、创新集成结构、科学实践验证的科研宗旨，在车辆振动与润滑摩擦基础理论、动力传动系统动态性能预测与优化集成，新型驱动与传动技术、操纵与控制、军用机器人与多域机动平台、车辆测试与虚拟实验等技术领域达到了国内领先水平，具有重要的国际影响力，使之成为凝聚和培养高科技人才，开展高水平科研工作的基地。该实验室承担地面武器机动工程委重点专业和校名牌专业等学科建设、人才培养与科学研究任务，属于科学研究、专业教学、学科建设等三位一体的综合性实验室。重点从事车辆传动的教学、科研及人才培养工作。

项昌乐院士领衔的动力传动与控制研究团队

动力传动及控制研究团队

《起重运输机械》：作为车辆传动国家重点实验室，您所带领的特种车辆研究所团队的研究方向包括那些？

闫清东：实验室主要研究方向包括：传动系统现代设计理论与技术、多流复合传动理论与技术、高效驱动与控制技术、传动元件基础理论与技术、传动系统摩擦与润滑技术。其中针对军用与民用领域的轮式或履带式车辆，动液组的研究方向又分为：车辆电传动理论与技术、车用动液传动技、车辆动力传动系统动力学、多域机动平台技术、虚拟现实应用技术。近三十年来，实验室承担了多项重大预先研究、973 重大基础研究、国家自然科学基金、国际合作和企业横向合作等科研任务，取得了包括国家级和部级科技进步一等奖在内的众多奖励，为我国车辆传动理论与技术的进步作了贡献。

《起重运输机械》：目前在车辆传动方面，团队有哪些技术创新?

闫清东教授正在指导博士生工作

Y310 冲压型液力变矩器

闫清东：实验室的液力传动团队，主要开展车用液力元件技术相关的探索性、创新性和重大关键技术应用的研究。重点实验室依托各类条件保障建设项目，在液力元件研究方向分别构建了虚拟设计与分析平台、多节点刀片并行计算中心、激光流场测试系统、叶轮快速成型系统、大功率液力传动装置。开展了系列变矩器理论、液力元件三维流动设计、高功率密度扁平循环圆液力元件设计技术、大曲率流道非接触测绘技术、空间叶轮内部流场非接触观测方法等课题的研究，其成果在新一代国产特种车辆上得到了广泛应用。另外在横向课题上，也先后为多家民用车辆和工程机械相关行业企业进行开发、分析和研制工作。在这些产品的研发过程中，完成了从前期方案设计开始，到循环圆设计、流动分析、叶形优化、工程设计、流场观测、实验研究，乃至对应的模具设计和实验装置设计等一系列工作的方法体系构建。经过上述多轮研制产品的台架实验考核和现场装车应用检验，进一步验证了动液传动实验室提出的液力元件集成设计方法的准确性和可靠性，相关理论和技术的创新在液力元件开发上得到了较为充分地应用，取得了显著的社会效益和经济效益，在液力行业内具有一定的影响力。

《起重运输机械》：随着国内物料搬运行业市场对工业车辆的需求不断提高，我们愈发需要新技术能够快速应用到实际生产当中。在液力技术的应用方面实验室有哪些成果？

闫清东：第一是液力变矩器三维流动设计技术的研究成果。液力变矩器通过液体动能变化来传递能量，具有优良的载荷自适应性、无级变矩变速能力和柔性减振等性能，广泛应用于各类车辆和工程机械。

针对高效液力变矩器设计需求，提出了液力变矩器涡识别和流场降阶能量分析的流场评价方法，研究了引起能量损失的主要涡旋重构并揭示了能量损失机理，突破了能量损失精确预测和低流动损失叶栅系统精细设计等关键技术，在液力元件三维流动设计系统基础上，实现了液力变矩器叶栅系统的三维流动精细设计。

500 kW 传动实验台

630 kW 传动实验台

非接触测绘办公室

团队为提高液力变矩器性能水平和设计精度及效率，开发了扁平循环圆设计方法、叶栅参数化造型方法，利用自编程序及二次开发实现叶栅系统造型、CFD 特性仿真的自动化处理，搭建了液力变矩器三维流动平台，成功进行了多种液力变矩器的设计及优化。同时，利用液力变矩器三维流动设计平台，实现了液力变矩器的扁平化设计，扁平率最小可压缩到0.19，相比原型液力变矩器，其轴向尺寸减少40%，体积缩小60%，大幅提高了扁平液力变矩器的经济性及功率密度。该成果创新性强，技术复杂、难度大，总体技术达到国际先进水平，低流动损失叶栅系统精细设计技术达到国际领先水平。液力变矩器三维流动设计平台解决了传统设计方法的经验约束，且使得设计更加灵活，基于该平台，北京理工大学成功研制了系列化铸造型液力变矩器型谱。

第二是液力缓速制动技术方向的成果。液力缓速器是重型车辆在长下坡路段、城市交通或载重低速行驶等工况下，广泛作为机械主制动器的有效辅助制动装置，具有体积小、制动转矩高、制动效能持续时间长的优点，可以有效减轻机械主制动器的磨损、提升重型车辆行驶安全。

以提高液力缓速器动态制动效能为目标，揭示其叶栅及充放油系统内部液气两相流动特性，获取气液两相流动状态下叶栅参数对缓速制动特性的影响规律，建立制动性能预测降阶简化模型，提出面向快速响应和精确控制的电液比例充液率控制方案，通过缓速制动系统的流动观测与分析揭示充液率与系统压差和流量的变化规律，据此结合整车制动性能需求提出恒速/恒矩制动策略和方法，构建三维两相流动液力缓速制动系统的设计体系和方法。

团队研制的用于车辆辅助制动系统的适用不同制动功率等级的液力缓速器，以及融合变矩器与缓速器为一体的液力变矩缓速装置，具有快速起效、低空转损失和转矩精确调节特点，能够实现车辆在复杂制动策略下的缓速制动动态性能设计。

上述研究工作获得部级科技进步奖二等奖等多项奖励，获得发明专利多项。

《起重运输机械》：围绕液力元件的研究与设计，团队目前聚焦的应用方向是什么，未来这些研究设计有怎样的应用前景？

闫清东：首先，我们将液力研究技术应用于高效高功率密度的液力变矩器中，开展低空化高功率密度叶栅系统构型、面向高效率的叶栅参数优化、高效高功率密度液力变矩器系列化设计、以及高效高功率密度液力变矩器试验验证等研究，形成系列化高效高功率密度液力变矩器产品，并在装载机、平地机等工程机械上得到应用，提高了整机动力性能，提升了中国工程机械产品竞争力。

其次在低空损电液控制液力缓速器方面，我们开展了液力缓速器空损流动特性研究、空损抑制机构设计、低空损液力缓速器设计优化、以及低空损液力缓速器试验验证等研究，形成系列化低空损液力缓速器产品，并在重型车辆、工程机械领域上得到应用，提高了车辆和工程机械的功率利用率和产品竞争力。