天目山实验室严旭飞:算法来自实践
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当记者步入天目山实验室的样机陈列室时,眼前一架白色的分布式倾转旋翼飞行器正静静停驻在那里。天目山实验室智能飞行管理与机载能量综合研究中心副研究员严旭飞不停地向记者介绍着这架飞行器的性能特征。说话的间隙,他打开手机,一段视频里跳跃着这架飞行器的试验场景:轻触遥控器,八个旋翼同步启动的瞬间,一架飞行器在原地缓缓升起……
“这架飞行器上有我们团队研发的异步倾转技术与模型参考自适应抗风技术,这两项也是填补国际空白的科技成果。”严旭飞兴奋地说着,目光中闪烁着对飞行器研发的执着。
历经十七载的飞行器科研之旅
时间回溯至2009年,南京航空航天大学迎来了新一期的学生。当严旭飞走进校园时,高悬的校训“智周万物,道济天下”犹如一盏明灯,照亮着他在航空航天领域前行的道路,彼时的他也未曾想到,自己将与旋翼飞行器结下不解之缘。“选择航空既是兴趣使然,也带着浙江人特有的务实——南航离家近,又能接触最前沿的飞行器技术。”严旭飞说。
2019年,完成博士后学业的严旭飞面临人生抉择。彼时的之江实验室正向低空经济领域布局,载人飞行器项目与他的研究方向高度契合。
2023年,天目山实验室应运而生——这个由北京航空航天大学深度参与建设的省实验室,正在航空工业机载系统领域搭建全链条研发平台。随后,严旭飞带着对科研的执着追求和对未来的无限憧憬加入了天目山实验室,与团队一起开展航空技术领域的科研工作。“作为航空类的实验室,天目山实验室无疑是一个理想的科研平台,这里不仅提供了先进的科研设施,还有丰富的学术资源和资深的专家团队,有机会与顶尖的科研人员合作,这对于我的科研生涯无疑是一个巨大的推动力。”严旭飞说。
让飞行器飞得更安全
严旭飞的研究方向集中在多旋翼eVTOL飞行器的飞行动力学建模、仿真、总体参数优化及飞控算法研究。“其实传统的eVTOL飞行器并不鲜见,几十年前就有了,比如常见的直升飞机,eVTOL就类似于将直升飞机的动力系统从燃油改为电力。”严旭飞说,旋翼飞行器设计涉及多学科融合过程,包含了空气动力学、结构力学、飞行力学,还涉及到复杂的控制系统设计等。
而他和团队主要的目标是通过开发高气动效率的多旋翼eVTOL飞行器设计和控制技术,建立精确的飞行控制仿真平台、研发先进的动力系统故障诊断算法、优化飞行器的总体参数设计等,提高eVTOL飞行器的安全性、可靠性和经济性,从而推动其在城市空中交通、应急救援、物流运输等多个领域的广泛应用。“就类似于现在的燃油汽车到电动汽车的转变,用纯电或混动去替代燃油,飞行器涉及到的很多基础模块也需要被替代,包括飞行控制等等,以适应智能化、自动化和高效化的趋势,做到既安全又环保。”
在焦宗夏院士领衔下,严旭飞和他的团队已经设计、加工并制造出多款不同构型与规模的飞行器样机和测试平台,并已完成上千架次的飞行测试与飞行任务演示。团队形成的“自倾转跷体”与“分布式倾转”两型原创构型飞行器成果也在去年的科研成果路演活动中得到展示,在实验室提供的全面深化合作平台上受到了学术界和工业界的广泛关注。“比如这个异步倾转控制技术,要比常规的飞行器更安全,在抗风性能上,也比普通的倾转型飞行器更强。”严旭飞说。
在浙江省“尖兵”“领雁”等科研计划支持下,严旭飞近年来科研成果颇丰。去年底,严旭飞与Swansea University袁野教授团队、南京航空航天大学陈仁良教授团队合作的直升机尾旋翼失效研究,登上国际顶级期刊《Aerospace Science and Technology》,该技术未来有望全面应用于提高直升机在尾桨失效情况下的安全着陆性能。而严旭飞主持的国家自然科学青年基金项目,通过探索并优化分布式倾转旋翼多模态转换过程中的协同控制方法,推动了此类飞行器在稳定性和模态切换能力方面的提升。
推动飞行器商用
对于尚处于试航阶段的eVTOL而言,离商用还存在一定的距离,但对于严旭飞而言,这也是持之以恒为之努力的动力之一。陈列室里那架高精度缩比样机,是按照1∶5比例的eVTOL模型,严旭飞团队在天目山实验室提供的风墙和半物理仿真系统的助力下,通过一次又一次地起飞和降落,不断修正飞行器的各种参数和飞行性能,使飞行器一步步接近理想状态。
在没有适航证的现实情境下,严旭飞团队选择“曲线突围”。他们与天目山实验室孵化的正曜智控(杭州)科技有限公司、浙江弘飞空天科技有限公司等合作,率先在物流无人机领域实现技术验证。严旭飞说,实验室不仅提供了科研设施和科研资源,还提供了成果转化的应用场景,让书本知识在实际应用中有了“用武之地”。
在整个低空经济的概念范围内,以无人机为代表的飞行器早已投入商业试运营。在中国低空经济先行区深圳,小米、美团、京东等企业已开始通过无人机进行物流运输。而作为首个获得城市物流无人机运行批准函的公司,位于杭州的迅蚁科技也有来自天目山实验室的科研力量。“有了实验室这个平台,我们与企业的合作就像齿轮啮合,他们带来场景需求,我们提供技术解决方案。”严旭飞说,这种双向赋能模式,正在打开低空经济的想象空间。
从象牙塔走出来,这些年让严旭飞最深刻的感悟和体会就是实践的意义和价值。“在博士期间,我深信只要我的公式推得没问题,工程落地就没问题,直到我亲身实践后才发现理论和实际应用还有很大的差距。”严旭飞说,“只有亲自摸过飞机,感受实际飞行环境,才能设计出接地气的算法。”本报记者 杨柳树