如何用一張薄板直接成形出直徑3米級的火箭燃料貯箱整體箱底，哈工大材料學院苑世劍教授團隊從根本上攻克了大尺寸薄壁曲面構件整體成形中起皺和開裂并存的國際性難題，使我國火箭結構制造關鍵技術實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
10月13日，由哈爾濱工業(yè)大學和中國航天科技集團有限公司八院149廠等聯(lián)合打造的國內(nèi)首條運載火箭3米級箱底批量產(chǎn)線實現(xiàn)了第100件充液拉深整體箱底下線，相比國外第一代技術此次雙方自主研制的流體高壓成形第二代技術在高質(zhì)量、高可靠、低成本方面優(yōu)勢顯著。
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破解國際難題 摘下火箭上的“皇冠”
運載火箭是國之重器，運載能力有多大，航天的舞臺就有多大。燃料貯箱是火箭的主體結構，占火箭結構干重的80%。貯箱的箱底承受內(nèi)壓、軸壓、振動和沖擊等復雜載荷聯(lián)合作用，是關系火箭整體可靠性的核心關鍵構件，被譽為火箭上的“皇冠”。
2012年以來，哈工大材料學院苑世劍教授帶領流體高壓成形技術研究所團隊，另辟蹊徑，提出板材成形失穩(wěn)起皺流體均布加載應力場調(diào)控理論，發(fā)明可控加壓板坯流體成形工藝，用“以柔克剛”“如影隨形”的方式，讓無形的液體聽得懂“指令”，從根本上解決了薄壁結構整體成形發(fā)生起皺國際難題。為將新理論和工藝物化到裝備中形成現(xiàn)實生產(chǎn)力，2018年，苑世劍帶領團隊研制出大型板材流體高壓成形裝備，攻克了10余項工藝核心關鍵技術，首次采用超薄板材直接成形出直徑3米級火箭整體箱底并成功批產(chǎn)，摘下火箭上的這一技術“皇冠”，大幅提升箭體結構承載能力和可靠性，使我國火箭結構制造關鍵技術實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
解決“卡脖子”難題 練就“專啃硬骨頭”的作風
上世紀90年代，優(yōu)勢明顯的流體高壓成形技術在國外開始應用。但在國內(nèi)，這一技術的研發(fā)還是道阻且長的“冷板凳”。哈工大苑世劍團隊毅然選擇這一“冷板凳”，一坐就是三十年。
多年來，苑世劍帶領團隊引領流體成形技術從簡單形狀到三維復雜構型、從常溫成形到高溫成形的跨越發(fā)展，研究出殼坯、管坯、板坯和難變形合金薄殼四類整體構件流體成形技術及裝備，取得理論突破、技術創(chuàng)新、裝備研制一體化的系統(tǒng)成果，推動我國金屬薄壁構件整體成形技術進入國際領先行列，形成中國獨有的流體壓力成形技術體系。
劉鋼教授是最早加入苑世劍教授團隊的成員，他見證了團隊如何把“冷板凳”坐熱，怎樣另辟蹊徑實現(xiàn)彎道超車。“苑老師確定科研方向有個不變的標準，就是必須有理論突破和應用價值！要能解決真問題！這也練就了團隊‘專啃硬骨頭’的作風。”運載火箭“長七”的高可靠性，對整體結構五通件要求極高。苑世劍帶領團隊迎難而上，大膽提出制造整體結構五通件的全新技術：利用流體介質(zhì)以柔克剛、如影隨形的特點，把簡單的一張平板坯料成形為整體結構五通件，成功助力“長七”火箭一飛沖天。一汽集團某自主品牌轎車底盤構件內(nèi)高壓成形技術遇到難題。
苑世劍帶領團隊攻堅八年，不斷摸索，實現(xiàn)了國產(chǎn)轎車底盤構件向高強度、輕量化和整體結構的換代發(fā)展。苑世劍的“定力”對團隊成員影響很大：“苑老師不允許跟風，炒熱點，要做就深挖，往根上挖，要做就做頂尖水平，手上要有‘絕活’。”這種“一錐子扎到底”的勁頭，在長期積累中不斷鞭策著年輕人成長，團隊踏實務實、敢打硬仗的作風愈發(fā)鮮明。“我們團隊核心成員只有十多位，但每一位都能負責一個子方向，有所成就和作為。”苑世劍評價。多年來，該團隊科研成果獲得國家科技進步獎二等獎2次、國家技術發(fā)明獎二等獎2次。
“交鑰匙工程”確保科研成果轉(zhuǎn)化落地
實驗取得成功后，苑世劍并沒有滿足于出成果、發(fā)論文，而是把目光投向了成果轉(zhuǎn)化。他帶領團隊將工藝技術物化到裝備上，以“交鑰匙工程”的形式，確保企業(yè)能夠拿到直接發(fā)揮效用的設備。
2008年底，苑世劍教授帶領的團隊首次實現(xiàn)了汽車關鍵件的批量生產(chǎn)，內(nèi)高壓零件比傳統(tǒng)零件減重顯著，材料利用率明顯提高，廣泛應用于一汽、上汽等30多個自主品牌車型，為我國汽車工業(yè)化走自主創(chuàng)新道路作出了重要貢獻。
“交鑰匙”的成果轉(zhuǎn)化方式，讓苑世劍結交了一大批生產(chǎn)一線的朋友。“好多人問我，怎么總能把握住技術發(fā)展的方向，這就是訣竅。只有在生產(chǎn)一線才能掌握一手信息，及時發(fā)現(xiàn)瓶頸和需求。”也正是因為和生產(chǎn)一線的緊密結合，他對產(chǎn)學研結合培養(yǎng)“實用型人才”格外重視。“不能只發(fā)表幾篇論文就完事了，我們的工業(yè)級用戶是零件，不是材料，從材料變成零件、產(chǎn)品，要有工藝、設備等。所以，自始至終我們都堅持材料-工藝-裝備一體化，解決國家重大需求。”在車間現(xiàn)場指導學生實驗，一直是劉偉教授的習慣。“這不僅僅是我一個人的習慣，也是我們團隊的一項準則。
苑老師要求，學生進入車間進行實驗的初期，指導老師要親自到場指導實驗細節(jié)。他經(jīng)常‘抽查’我們，是否清楚學生的實驗細節(jié)，促進學生應用實踐能力的提升。”王小松教授從1999年開始跟隨苑世劍學習、工作。“苑老師要求我們做科研要抓住兩頭，一頭是基礎理論和規(guī)律，絕不能含糊。另一頭就要抓應用，現(xiàn)在很多企業(yè)的研發(fā)能力還十分有限，高校尤其是工科院校責無旁貸，這是國家需要。”
功夫到家的老師才能培養(yǎng)出能打硬仗的學生
做個好老師，一直是苑世劍樸素的理想。他對哈工大“規(guī)格嚴格，功夫到家”的校訓感受頗深。他認為，“規(guī)格嚴格”是教師對學生的要求。“學生的基礎理論知識必須扎實，不能說外行話，得有專業(yè)素養(yǎng)，這一點上必須嚴格。”2018級博士生莫琛直言，“苑老師嚴是真的嚴，但也讓我們受益匪淺。”他舉例：“苑老師要求實驗前要做詳盡的實驗規(guī)劃方案和理論推導，實驗后要把所有實驗數(shù)據(jù)分析透徹，3天內(nèi)提交實驗報告。漸漸發(fā)現(xiàn)，這樣確實把問題分析得更透、考慮得更全面。這種方法已經(jīng)成為我們科研過程中長期秉承的思想。”“我們的論文要在團隊內(nèi)部認真修改多次，達到了團隊認可的水平才可以外送。不過，質(zhì)量確實更有保證。”2021級博士生孫文笑言：“在我們團隊，論文是絕不可能‘水’的！”老師對學生要求嚴格，對自己更要嚴格要求，苑世劍這樣解讀校訓里的“功夫到家”。“哈工大歷史上有教師要‘過三關’的傳統(tǒng)，教學關、科研關、水平關。直到現(xiàn)在，我也經(jīng)常問我自己和團隊的老師們，這‘三關’你敢說都過了嗎？還有沒有不足？‘功夫到家’不是一種結果，而是一種過程和狀態(tài)，始終保持這種狀態(tài)才能培養(yǎng)出真正高水平的人才。”
苑世劍大力弘揚教育家精神，不斷地把科研成果總結形成新知識，融入課堂教學，傳授給學生們。“讓學生們開眼界、有視野、有啟發(fā)。”這也成為團隊所有成員的一項規(guī)定動作，定期更新講義，把最新的研究成果融入進去，讓老課常新，傳統(tǒng)課程內(nèi)涵更豐富。多年來，苑世劍獲授權發(fā)明專利80項，出版專著4部，發(fā)表學術論文190余篇，并獲得全國創(chuàng)新爭先獎。
數(shù)十年如一日的持之以恒和“不破樓蘭終不還”的矢志不渝，讓苑世劍教授這支規(guī)模不大的團隊凸顯出“硬朗”的底色。對此，苑世劍總結：“只要國家有需要、產(chǎn)業(yè)有需求，我們的硬仗就還要繼續(xù)打，硬骨頭就還要繼續(xù)啃，這是高校科研工作者的使命，也是一代代哈工大人的傳承。”
馬曉雪 哈爾濱日報記者 王越
