席光教授(左三)与团队成员探讨离心压缩机关键技术优化方案。(西安交大供图)
日前,中国航空工业集团庆安-西安交通大学高压高速流体机械联合研究中心(以下简称联合研究中心)正式入驻西部科技创新港。联合研究中心主任、西安交大能源与动力工程学院教授席光说:“我们是带着‘礼物’入驻的!”席光所说的“礼物”,是联合研究中心成立以来,花多少钱都买不来,正在一步步取得重大突破的国产化压缩机设计制造技术。
联合研究中心为什么能率先突破航空工业压缩机的“卡脖子”难题,并逐步取得国产化压缩机设计制造技术重大突破?回看西安交通大学与庆安集团有限公司(以下简称庆安公司)23年校企合作历程,答案就在其中。
新合作模式下企业“出题”
双方以“科学家+工程师”模式组队“答题”
庆安公司是专业从事航空作动产品和制冷系统科研生产的大型企业。航空工业压缩机研发是其核心竞争力之一。
因为全世界掌握高压高速压缩机技术的只有极少数国家,而且实行技术封锁,国内在这个领域几乎是空白,从“0到1”异常艰难。
早在1956年,西安交大创建国家第一个透平压缩机专业,拥有流体机械及压缩机国家工程研究中心、流体机械国家专业实验室等多个国家级研究基地,学科优势突出。
2009年,庆安公司设计师李鹏飞接到了某款微型高压压缩机设计和研发任务。在此之前,公司已耗时两年多投入不少人力物力,但实验效果不理想。于是,李鹏飞找到西安交大寻求支持。从那时起便携手开展了校企合作。
“校企合作传统模式下,项目结题后,高校研发告一段落,但没有跟进到产品端。当时高校科研人员只参与‘0到1’,不参与‘1到N’,也没有后续反复迭代的过程。”西安交大化工学院化机系教授李云回忆说。
彼时,庆安公司耗时5年、迭代了几十次,但开发出来的某微型高压压缩机产品依旧存在可靠性不高的问题。“提升性能要回到‘0’再去找答案,这是基础研究,但这些恰好是企业的短板、高校的强项。”李鹏飞说。
笔者了解到,在流体机械新型节能与系统调控技术方面深耕30余年的西安交大席光教授团队,围绕离心压缩机关键技术及其应用的重大需求,建立了离心压缩机高性能、高可靠性设计技术体系,实现了离心压缩机的气动设计性能达到国际先进水平,有力地支撑了流体机械核心装备国产化重大技术突破。
聚焦高压流体装备研发,李云教授课题组曾开发了国内首台LNG接收站BOG压缩机并实现产业化;搭建了国内首台浮动海洋平台压缩机国产化关键技术验证平台;深耕氢能压缩技术,为国内首台超高压氢气隔膜压缩机国产化的成功开发提供了关键技术支撑。李云教授团队的课题与庆安公司的发展目标和研发需求高度契合。
立足高压高速流体机械产业发展方向,为促进双方在压缩机领域开展全方位合作,2023年11月,中国航空工业集团庆安-西安交通大学高压高速流体机械联合研究中心应运而生。
联合研究中心有高速离心式压缩机、高压容积式压缩机两个科研团队:西安交大席光教授担任联合研究中心主任,并负责高速流体机械科研方向;李云教授负责高压容积式压缩机科研方向。李云、李鹏飞担任副主任。
新合作模式下,庆安公司“出题”,30多名双方科研人员以“科学家+工程师”模式组队“答题”。研发团队仅用一年就做出一款新型结构的微型高压压缩机样机,大大加快了新产品的开发,并且大幅降低了成本,加速了市场化进程。
“效率更高了,由企业来主导产学研融通创新,既是找准‘痛点’开良方的过程,也是‘性价比’更高、更快‘出东西’的科研模式。”李鹏飞说。
产学研深度融合
联手打通迭代过程中的“堵点”
高质量科技供给高度依赖科技创新,但科技创新不是一个单向线性的过程,而是包含了无数次“0到1”“1到N”“N到0”不断迭代的过程,创新需要科研工作者在0、1、N之间“反复横跳”。如何打通“0到1”“1到N”“N到0”之间的“堵点”?答案是产学研深度融合。
西安交大“6352”(政产学研用金6方面资源进入创新港,构建现代产业技术、未来技术和国际合作3个学院/研究院/孵化器,5种生态环境,创投和交易2个平台)工程与“1121”(一中心、一孵化、两围绕、一共享)产学研深度融合新模式是西安交大落实“以国家战略需求为导向”“企业主导的产学研深度融合”“促进‘四链’深度融合”的具体举措。这一套助推产学研深度融合的“组合拳”能够全链条支持科技创新项目转化及产业化发展。西安交大党委书记卢建军说:“大学要当好基础研究主力军和重大科技突破生力军,我们要帮助校企科研工作者深度融合,打通迭代过程中的‘堵点’。”
联合研究中心压缩机研发取得的成果,就是西安交大产学研深度融合的“组合拳”之下,最好的案例之一。其做法是:联合研究中心校企双方科研人员深度参与“0到1到N”“N到1到0”的所有过程,任何一个环节有问题,双方都积极协同解决。
从2023年8月至今,高压容积式压缩机课题组每两周开一次双方科研人员都参加的项目讨论会。会上,大家分享研发成果,开展“头脑风暴”。“讨论可以启发科研思路,比如我们想延长某款压缩机的工作寿命,工程师惯常做法是先出一版设计方案,在试错中改进,教授的思路是正向研究,‘庖丁解牛’式分析零部件工作机制,厘清机理,然后优化。”李鹏飞说。
李云说:“每次会上,教授和工程师都讨论得热火朝天,学生们听得意犹未尽。工程师了解基础原理后,能从根本上解决实际问题,而我们则对关键部件的机理进行更深入地研究,参会学生也借此开阔眼界,培养全局思维,这既是‘双赢’,又是‘多赢’。”
聚焦同一个具体问题,工程师思维与科学家思维实现互补,极大地推动了创新,打通了堵点。“科学家+工程师”的组合使高压容积式压缩机课题组在解决某款微型高压压缩机可靠性及优化产品设计上发挥了极大作用。双方协同,通过搭建关键部件机理研究实验平台,明确失效机理,改进结构设计,解决了“卡脖子”技术,有效为庆安公司实现了降本增效。
科研攻关路上
为国家培育“专尖特精”人才
伴随着研究的深入,联合研究中心通过搭建两级透平压缩机非定常流动测试实验平台、微型高压压缩机关键部件寿命预测及数字孪生模型研究平台,实现了产品“卡脖子”技术的突破,产教融合的成绩亮眼,双方又进一步规划出了明年的基础研究内容和实验平台建设方案。
谈起参与到校企深度融合中的感受,主要研究离心压缩机内部流动的控制及设计优化、西安交大能源与动力工程学院副教授王志恒说:“校企深度融合使我们学校老师的研究更精准地聚焦国家战略、对接产业需求,更有效地解决了‘融合点’的痛点问题。”
“校企深度融合联合研究中心要培养面向前瞻性核心产业领域的工程博士‘国家队’,为推进关键核心技术联合攻关探索出一条成功之路”。席光说。
在技术上不断取得重大突破的同时,联合研究中心也为企业培养“专尖特精”人才。“在参与庆安气源设备研发项目的过程中,深切体会到了技术掣肘对发展的制约,更加明确了自己的责任。”西安交大化工学院动力工程及工程热物理专业硕士三年级的王志鹏说,和他一起参与该课题组工作的还有同专业博士一年级的王强。
“我们从基础支撑、‘疑难杂症’诊断以及引领前沿发展三方面发力,不仅培养学生融入工程实际,也为企业培养‘专尖特精’人才。”李云团队相关负责人说,今年是代表企业“出题人”的李鹏飞攻读西安交大工程博士学位的第四年,校企“双向奔赴”在他身上更加具象。在类似的探索中,联合研究中心实现了在工程化环境、实战化项目、全链条创新、有组织科研中培养卓越工程人才。
在“1121”产学研深度融合新模式下,三年多来,西安交大已与223家领军企业签署共建联合研究院协议(世界500强50家、中国500强67家),建立84个校企深度融合创新联合体,联合研发团队的科学研究向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉发力。创新港已引入包括深交所、深创投在内的265家金融机构,就地孵化213家企业,并累计聘任企业导师995名、培养工程硕博士2000余人。(任娜 李莉)
责任编辑:白子璐
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