王 芳

一飛沖天航空夢 腳踏實地創(chuàng)新行
——記無人機(jī)專家、清華大學(xué)王浩文教授

王 芳

我國航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，也把其中的一個分支——無人機(jī)推入了快速發(fā)展的軌道。今天，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會生活中，無人機(jī)有了越來越多引人注目的表現(xiàn)，展示出蒸蒸日上的勢頭。而這一新興裝備的背后，是一批科技工作者獨到的眼光和深耕于航空器領(lǐng)域所付出的汗水與心血。這其中，來自清華大學(xué)航天航空學(xué)院的王浩文教授以其卓越的成就，成為國內(nèi)無人機(jī)研發(fā)領(lǐng)域的創(chuàng)新先鋒。

在2016年11月初舉行的第十一屆中國國際航空航天博覽會上，王浩文團(tuán)隊研制的XV-2農(nóng)業(yè)植保型無人直升機(jī)甫一亮相，便受到廣泛矚目。XV-2為一款專業(yè)級農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)，通過超視距（＞550米）、低高度（≤10米）、額定速度（≤15米/秒）的自主航跡飛行，可實現(xiàn)大田作業(yè)模式下的精確噴灑；每小時作業(yè)大于200畝，具有較高的作業(yè)效率，在國內(nèi)植保無人機(jī)市場優(yōu)勢明顯；它的最大起飛重量達(dá)230公斤，最大載藥量70公斤，系全球最大的植保無人直升機(jī)之一。這一款飛機(jī)，凝聚著王浩文深厚的專業(yè)知識，它的問世，是對王浩文多年努力的最好回報。

從小與航空事業(yè)結(jié)緣開啟學(xué)霸模式

王浩文長期從事直升機(jī)設(shè)計方面的科研和教學(xué)工作，研究方向包括新概念旋翼飛行器設(shè)計、直升機(jī)動力學(xué)等，曾先后主持和參與軍隊裝備主管部門武器裝備創(chuàng)新項目、國防重大課題以及預(yù)先研究課題共計十余項。2003年作為常務(wù)副總設(shè)計師參與南京航空航天大學(xué)某新型無人飛行平臺的研制工作，負(fù)責(zé)總體設(shè)計、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)化以及動力學(xué)分析等方面的具體工作，2007年該項目獲得有關(guān)部委發(fā)明一等獎。

早在初中時代，他與航空事業(yè)的緣分就已開啟。就讀于西安市第八十五中學(xué)期間，因為成績優(yōu)秀經(jīng)選拔先后進(jìn)入了校航模隊、西安市航模隊，開始了長達(dá)4年的走訓(xùn)式業(yè)余體校訓(xùn)練生活。于是，在大部分學(xué)生只是埋頭苦學(xué)課本基礎(chǔ)理論知識的時候，王浩文就已經(jīng)利用航模隊的實踐機(jī)會，早早開始積累動手操作的能力，并獲得了陜西省航模比賽的小團(tuán)體冠軍。這些經(jīng)驗讓他不僅對航空產(chǎn)生了濃厚興趣，而且悄悄把一顆航空夢想的種子種在了心里。高三畢業(yè)之后，他以優(yōu)異的成績考取南京航空學(xué)院（后更名為南京航空航天大學(xué)，簡稱南航），進(jìn)入全國唯一的直升機(jī)設(shè)計專業(yè)學(xué)習(xí)，并一直深造取得碩士學(xué)位。為了使自己的研究水平更高，之后他又考取了清華大學(xué)固體力學(xué)專業(yè)的博士研究生，師承我國著名的機(jī)械振動專家鄭兆昌教授。

隨著研究的逐步深入，王浩文決定把研究重點集中在直升機(jī)旋翼系統(tǒng)方面，著重研究直升機(jī)旋翼機(jī)身耦合系統(tǒng)氣動機(jī)械穩(wěn)定性問題。1998年，他博士畢業(yè)，進(jìn)入南航航空宇航科學(xué)與技術(shù)博士后流動站，合作導(dǎo)師是國內(nèi)著名的直升機(jī)專家高正教授。2000年，留在南航直升機(jī)設(shè)計研究所（直升機(jī)旋翼動力學(xué)國防重點實驗室）任教，對于一門心思想扎根旋翼動力學(xué)研究的王浩文來說，這是一個非常好的科研平臺。從2000年留校到2006年晉升為教授，他成為南航飛行器設(shè)計國家重點學(xué)科旋翼飛行器設(shè)計團(tuán)隊學(xué)術(shù)帶頭人、江蘇省“青藍(lán)工程”骨干教師。由于長時間里專攻直升機(jī)振動載荷及氣彈穩(wěn)定性研究，他建立起一套完整的直升機(jī)旋翼動力學(xué)分析方法，并在國內(nèi)多個直升機(jī)型號的研發(fā)過程中得到成功應(yīng)用，積累下了豐富的工程設(shè)計經(jīng)驗。

組建精英團(tuán)隊構(gòu)建核心競爭力

2008年，王浩文調(diào)入清華大學(xué)航天航空學(xué)院擔(dān)任教授。剛到清華時，他面對的就是一張白紙，既沒有在南航期間的優(yōu)秀團(tuán)隊，也缺乏資金支持，所有工作全都需要自己親力親為。于是，他決定改變以往的科研模式，首先解決生存問題。在硬件設(shè)施方面，他發(fā)揮自己的專業(yè)特長，協(xié)調(diào)各方資源把研究所需的硬件條件甚至場地，都一一進(jìn)行落實。在項目研究方面，他放棄了之前已經(jīng)習(xí)慣了的立項、申請項目、驗收等比較繁瑣而且流程審批較慢的縱向課題工作模式，而是采用合同方式，對接多個“短平快”項目，快速上馬、快速完成。項目之余，將主要精力放在無人直升機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)上。這樣不僅保證了自己在經(jīng)費方面的自主權(quán)，而且保證了主業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

王浩文認(rèn)為，無人機(jī)是一個多學(xué)科交叉領(lǐng)域，比如可以跟微電子、精密儀器等專業(yè)結(jié)合，也能夠跟機(jī)器人、電動車等領(lǐng)域打通，因此他在招收學(xué)生和組建團(tuán)隊的時候，非常注重專業(yè)背景的多樣性。團(tuán)隊的組建得益于清華大學(xué)的人才優(yōu)勢和自由的科研環(huán)境，王浩文造就了一支精干的由學(xué)生組成的科研團(tuán)隊。他帶領(lǐng)的學(xué)生都是在項目中鍛煉出來的，從宏觀的研發(fā)架構(gòu)到基礎(chǔ)的復(fù)合材料槳葉鋪層、飛控系統(tǒng)和舵機(jī)的電路板設(shè)計，他們參與了整個過程。比如做飛控系統(tǒng)的學(xué)生姜辰，免試保送進(jìn)入清華大學(xué)自動化專業(yè)，碩博連讀后跟隨王浩文從事無人直升機(jī)相關(guān)的研發(fā)工作，先后參與TH150-A、XV-1、XV-2的研發(fā)，負(fù)責(zé)無人直升機(jī)的飛控系統(tǒng)軟硬件開發(fā)、航電系統(tǒng)開發(fā)等。而博士生張玉文的研究方向是無人直升機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)和槳集成動力單元設(shè)計。

王浩文說自己和學(xué)生們非常幸運，趕上了一個好時代。目前，我國無人機(jī)規(guī)模化民用剛起步，市場潛力巨大。據(jù)業(yè)內(nèi)專家預(yù)計，民用無人機(jī)需求總額到2022年將增至22.8億美元，需求總額將達(dá)到134億美元。正是存在巨大的市場需求，才能夠為產(chǎn)學(xué)研模式提供更多探索的可能性。王浩文認(rèn)為工科學(xué)生需要強(qiáng)化動手能力和創(chuàng)新意識，通過“實證”體現(xiàn)自身科研的價值。在項目磨練中，學(xué)生們越來越有自信心，不僅強(qiáng)化了原有的知識結(jié)構(gòu)，還增加了很多實戰(zhàn)經(jīng)驗和市場觀念，對于用人單位來說，這也是一筆巨大的財富。因此他們畢業(yè)之后到企業(yè)去應(yīng)聘，甚至不用煞費苦心地寫簡歷，只要展示自己參與的項目成果就足夠具有競爭力，甚至有些企事業(yè)單位在學(xué)生沒畢業(yè)之前就被搶先“預(yù)定”。

成立隆華開拓植保無人機(jī)市場

隨著項目有序進(jìn)行，王浩文開始規(guī)劃開拓?zé)o人機(jī)市場的事宜。他帶領(lǐng)的團(tuán)隊在技術(shù)研發(fā)方面具有絕對優(yōu)勢，要想在市場方面發(fā)力，批量生產(chǎn)產(chǎn)品，還需引入資本力量以及具有豐富經(jīng)驗的硬件設(shè)備制造商，于是經(jīng)過對接各方力量，以及商議和不斷磨合，最終通過成果轉(zhuǎn)化，由隆鑫通用動力股份有限公司和清華大學(xué)下屬投資機(jī)構(gòu)共同出資成立了珠海隆華直升機(jī)科技有限公司，專門從事無人直升機(jī)整機(jī)系統(tǒng)及零部件的研發(fā)、制造和銷售業(yè)務(wù)。期間也經(jīng)歷了一段逐步適應(yīng)的過程。在校期間，他主要研究的對象是有人直升機(jī)，要完成一個型號，周期非常漫長，需要進(jìn)行預(yù)先研究、演示驗證、型號研制等一系列程序，如果按照這種方式和進(jìn)度，前后可能要經(jīng)歷十幾年時間。而一旦進(jìn)入市場環(huán)境，他首要考慮的是企業(yè)發(fā)展，不僅要考慮消費者的需求，還要把產(chǎn)品研發(fā)周期盡量壓縮。種種困難擺在眼前，到底怎樣把無人機(jī)與市場需求進(jìn)行結(jié)合，他和團(tuán)隊進(jìn)行了很長時間的探索。

2014年，國內(nèi)第一個具有航拍功能的消費型民用無人機(jī)誕生，產(chǎn)品一經(jīng)推出，就得到很多消費者的喜愛，打開了無人機(jī)市場。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)給王浩文帶來了很大觸動。因為他長期待在實驗室，最關(guān)注的是關(guān)鍵技術(shù)對飛行器的飛行性能、飛行品質(zhì)和可靠性的提升，使無人機(jī)的技術(shù)如何為國家國防安全建設(shè)做貢獻(xiàn)，對于到底怎樣才能滿足民用市場和用戶的需求，相對缺乏經(jīng)驗。自從出現(xiàn)了航拍無人機(jī)，王浩文開始轉(zhuǎn)變思路，對無人機(jī)市場做進(jìn)一步延伸分析。他說：“國家安全包括國防安全、糧食安全、金融安全和能源安全等多個方面，很多行業(yè)和領(lǐng)域都需要無人機(jī)。就拿糧食安全來說吧，中國的糧倉集中在東三省、內(nèi)蒙東部和新疆等具有廣袤耕地的地區(qū)，它們的共同點就是地塊大。如果利用我們現(xiàn)有的技術(shù)開發(fā)一款全自主專用植保無人機(jī)，實現(xiàn)無人程控和精確噴灑，解決我國農(nóng)村勞動力短缺的問題，其科研價值絲毫不亞于國防安全領(lǐng)域的研究。”

植保無人機(jī)的研發(fā)項目很快被提上了日程。經(jīng)過一番調(diào)研和分析，他發(fā)現(xiàn)市場上出現(xiàn)的無人機(jī)多屬于電動微小型無人機(jī)，存在載藥量、續(xù)航能力的問題。而載重量和航時是王浩文團(tuán)隊研發(fā)產(chǎn)品的優(yōu)勢，再加上包括發(fā)動機(jī)、旋翼、飛控與導(dǎo)航等關(guān)鍵系統(tǒng)完全正向開發(fā)，實現(xiàn)了全國產(chǎn)化，價格方面優(yōu)勢明顯。需要解決的問題主要限于植保無人機(jī)的精確定高與精確航跡的控制。表面看來，它們的飛行科目比較簡單，但某些技術(shù)方面的要求甚至比軍用直升機(jī)還高。因為在實施過程中，無人機(jī)不能有重復(fù)噴灑，也不能有漏噴，對定位和精準(zhǔn)度要求非常高。除此之外，團(tuán)隊還解決了很多其他關(guān)鍵技術(shù)問題。比如利用自己的專利技術(shù)通過對發(fā)動機(jī)的改型設(shè)計將發(fā)動機(jī)、減速器、啟動機(jī)、發(fā)電機(jī)和離合器一體化，通過散熱系統(tǒng)的精確設(shè)計解決了植保無人機(jī)反復(fù)懸停起降的熱循環(huán)問題。而在植保無人機(jī)的旋翼系統(tǒng)方面，他又結(jié)合之前的學(xué)科積累，將第四代旋翼設(shè)計技術(shù)加以應(yīng)用，對飛控技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，一個接一個逐步攻克關(guān)鍵技術(shù)，最終取得了成功。

面對隆華研發(fā)的無人機(jī)為何受人注目的問題，王浩文這樣解釋：“隆華的核心競爭力是隆鑫的‘心臟’+清華的‘大腦’和‘翅膀’，同時具備飛行器正向開發(fā)能力和發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵部件的量產(chǎn)制造能力?！毙蜗蟮谋扔髦校[藏著企業(yè)取得優(yōu)勢的密碼，那就是堅持自主創(chuàng)新。事實上，由于無人機(jī)市場的競爭趨于激烈，很多企業(yè)之間的實力差距正在縮小。但是像隆華公司這樣堅持追求自主研發(fā)并最終脫穎而出的，在國內(nèi)卻并不多見。

2017年，XV-2將進(jìn)入小規(guī)模量產(chǎn)，隨后將根據(jù)細(xì)分市場推出不同用途的XV系列產(chǎn)品，進(jìn)行不同模式的探索，在頂端進(jìn)行實用模式的提煉，同時會嘗試去做更大的無人直升機(jī)。提起近些年我國航空航天事業(yè)的發(fā)展，王浩文很興奮，對實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略的美好前景充滿信心。他也希望借助科技創(chuàng)新的大環(huán)境，在實踐中“提煉自己的科研問題”。