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【青春·奋斗】张纪元:“国家需要的,就是我要做的!”

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航空发动机被称为“工业皇冠上的明珠”,是关乎国家安全的大国重器。有这样一位北航人,他坚定地选择航空发动机事业,服务国家重大需求,从能源与动力工程学院博士毕业后,他入职航空发动机研究院,开展高速涡轮机的研究工作,因为热爱,所以坚守不渝;因为纯粹,所以一往无前。十年笃定,初心不改。甘做一枚小小的螺丝钉,在产学研道路上默默奉献、静待花开,他,就是张纪元。

咬定青山不放松

在“军迷”父亲的耳濡目染下,张纪元从小就对航空航天事业心存向往。填报高考志愿时,张纪元便一心盯着航空专业的相关信息。当得知航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”时,他心潮澎湃,下定决心:报考北航,挑战一把!从此,张纪元就与航空发动机结下了不解之缘。

不过,在本科即将毕业时,他有些动摇起来:身边的一些同学投身去了较为热门的金融、计算机等行业。是继续坚守还是转行工作?他开始为未来的出路而焦虑,一边做毕设,一边思考着自己的未来。

张纪元的本科毕业留影

迷茫中的张纪元,找到唐海龙老师和陈敏老师。在促膝长谈中,老师的那句“保持热爱、有所坚持”牢牢刻在他的心里。对他鼎力支持的父母、爱人(当时还是女朋友),更是给了他坚定初心的莫大勇气。于是,他决心继续深造,选择在这个领域深耕下去!

“掉了层皮”,这是张纪元对读博感受的幽默形容。攻读航空宇航推进理论与工程专业博士期间,8篇高水平学术成果的背后是一段段的坎坷故事。“一个问题无法解决、课题两三个星期停滞不前,这都是常有之事”,张纪元谈到,“面对科研道路上的绊脚石,最好的办法就是直面它、静下心、解决它,一点点攻克,一步步实践,总会‘守得云开见月明’。”

张纪元的博士毕业答辩合影

在发表本科毕业设计的研究成果时,从未接触过英文学术写作的他,需要查阅大量的英文文献,不断学习专业词汇。这篇论文足足花了半年多才定稿。当他满怀期待地投递出去后,不到一个月就收到了拒稿消息,这给了他“当头一棒”。在老师的鼓励与帮助下,他反复地修改内容、打磨语言,再次尝试投稿。然而现实又给他浇了一盆冷水:再次拒收!

接连的打击却让张纪元愈挫愈勇,他开始更加专注地修改。尽管已进入寒假,但他几乎天天扑在研究上,大年三十晚上还在调试算例。功夫不负有心人,经过历时一年的打磨与完善,该成果最终发表在航空领域顶级期刊《Aerospace Science and Technology》上。

直面行业实际难题

“研究切不可闭门造车。只有围绕真实问题开展研究,才是最直接、最有意义的。”这是张纪元的产学研体会。

在参与研究新型自适应循环发动机时,他一开始关注于性能改善,通过理论推导和数学优化发现了非线性、甚至非单调的控制规律。但在与工程研究所的专家交流过程中,他才深刻意识到:这个规律在工程上很难实现,只具有理论价值。他第一次感受到,自己对工程实现性的考虑有所不足,所学知识与工程实际之间还存在很大距离。

张纪元参加学术交流

于是,他果断推倒已有研究成果,开始从应用角度重新思考。当时正值新冠疫情暴发,居家的他丝毫没有懈怠,每天工作超过10小时。为了便于工程使用,他在优化工况性能的过程中,还兼顾方案的可行性。经过1个多月的文献调研、结果优化,他终于找到了关乎设计成败的临界点机理特征。随后,他利用简化为单调线性的规律,维持了约90%的性能优势,并将算法赋予可自动适应设计参数变化的功能。这项发表于航空领域知名期刊《AIAA Journal》的研究成果,比GE Aviation公司公布的结果更加简单易行,受到了国际同行们的认可。

张纪元所发表的研究成果

周期长、产出慢,是航空发动机的研发特点之一。在一次项目验收汇报结束后,他与工程师交流得知,造成周期长的一个关键因素是部件设计与总体需求之间存在一定偏差。传统方法需要总体-部件之间的多轮迭代,这耗费了大量的物力、财力和时间。回到学校后,他把“改善迭代过程”作为博士课题的重要内容之一。在教室、食堂、甚至是床上,这个问题一直萦绕在他的脑海。他每时每刻都在思考:如何建立起总体与部件之间高效迭代的桥梁?直到有一天,在骑车前往教研室的路上,他终于想到一个解决方案,并开始详细的分析论证。数月后,他获得了一个基于性能“公差带”的高效迭代设计方法,成果最终发表于《Aerospace Science and Technology》和能源类顶级期刊《Applied Energy》上。

作为涉及多学科融合的复杂工业产品,航空发动机涵盖结构、气动、传热、燃烧、总体等多个方向,需要掌握材料力学、弹性力学、流体力学、气体动力学、工程热力学、传热学、燃烧等众多专业课程知识。从事发动机总体性能设计时,既要具有扎实的专业基础,还要具有较强的编程能力。张纪元曾在本科时完成过几百行代码的大作业,课程成绩也不错,对编程有几分信心。但第一次接触到真正的性能仿真程序时,他一度怀疑自己选错了方向:面对近万行的程序,他甚至连如何运行、输入输出参数都找不到。

在课题组老师和师兄师姐们的帮助下,他再次激起了斗志,开始和程序“死磕”,遇到问题便主动请教老师同学,一行一行去研究……这样的日子持续了近半年。他不仅弄懂了程序原理,还加深了对程序的理解,开发出5款不同构型的航空发动机性能仿真程序和许多优化设计模块。

张纪元(右二)与团队讨论

心怀感恩再出发

张纪元在北航学习生活已有十年。当谈及他对北航的印象时,他毫不犹豫地回答了一个字——“家”。十年来,他陪伴着北航的发展和进步,北航也见证了他的成长与蜕变。求学期间,他参与科研项目6项,发表高水平学术成果8篇,引用次数50次,获得国家奖学金等各类奖励10项。

大一时(左图)和博士毕业时(右图)的张纪元

他感恩在北航遇到的每个人,“不管在本科期间还是攻博期间,老师们在学术和生活中关怀备至、体贴入微,亦师亦友;来自五湖四海的同学们,像大家庭一般和睦相处,彼此温暖。”他喜欢乒乓球、篮球、羽毛球等运动,除了锻炼身体外,还能增进和同学朋友间的友谊。教研室常常定期举行体育活动,师生们一起运动,其乐融融。

他说,自己喜欢大海和湖泊,它们给人带来心气平和、心胸开阔的感觉,“会觉得科研和生活中遇到的困难都没那么可怕,获得了继续勇往直前的勇气”。

研究团队合影

在博士论文致谢的最后,张纪元感谢了父母和爱人,说他们是“永远的坚不可摧的后盾”,他还感谢家住好用的足球竞彩app的姑姑姑父对自己的照顾,“让我感受到家的温暖”。张纪元和他的爱人从校服到婚纱,从青涩到成熟,相知相守十几年。正是家人们的理解鼓励和默默支持,才让他能够一直安心地从事发动机事业。

张纪元与他的爱人

入职航空发动机研究院后,张纪元作为总体与仿真团队的成员,与多个科研团队协同攻关,开展高速涡轮机的研究工作。他说,在这一过程中,自己深刻意识到了航空发动机研发的复杂性。“任何一个团队、甚至一个学科都无法独自支撑这一大国重器的发展,必须要依靠多个学科和专业的研发人员紧密配合、集智攻关,才能不断突破制约技术快速发展的瓶颈。”

作为教师,张纪元也表示,要坚持立德树人根本任务,致力于为我国培养更多的卓越工程师,一同为航空发动机事业添砖加瓦。他说,自己的博士课题致力于兼顾学术价值与工程应用价值,针对工程应用中的实际问题提出创新性的解决方法,自己也会把这一理念融入到课程教授和科研指导中,帮助学生搭建起科研与应用的桥梁。

谈到未来,张纪元希望自己既关注新型发动机的概念论证与设计,又要着眼于解决现有发动机的实际问题,围绕“真问题”开展“真研究”,在继承的基础上发展创新,做到既“顶天”又“立地”。他满怀憧憬地说,“国家需要的,就是我要做的,我会一直为航空发动机做下去!”

来源:公众号“北航研究生” 航空发动机研究院

编辑:贾爱平

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