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003型弹射巨舰军转民:马伟明团队再立新功,又一发明获国家金奖

作者:行之知识产权   来源:   时间:2020-07-23   点击次数:1220

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  近日,国家知识产权局公布了第二十一届中国专利奖授奖的决定,海军工程大学“一种立式混合磁悬浮飞轮储能系统”被评为专利金奖,该专利第一发明人就是“王东”。
  在国防应用领域飞轮储能系统是舰载高能武器以及航母电磁弹射器不可或缺的核心装备,而王东又是大名鼎鼎的马伟明科技创新团队的核心成员。那么,这项专利金奖与正在建造的003型弹射巨舰究竟有何渊源?
  第二十一届中国专利金奖项目名单节选
  打破常规的立式混合磁悬浮飞轮储能系统
  航空母舰核心战力是作为移动的海上机场,舰载机放飞与回收效率是衡量航母战力水平高低的重要指标。根据量化分析判断,弹射起飞型航母的舰载机运作效率远远高于同等吨位的滑跃起飞型航母。
  弹射型航母作战效能更高
  弹射器现阶段主要分为蒸汽弹射器与电磁弹射器,在过去漫长岁月里弹射器技术主要由美国垄断。蒸汽弹射器是通过弹射气缸里的高压蒸汽做功,将蒸汽能转化为动能,结合飞机自身动力实现舰上短距离起飞。
  蒸汽弹射器弹射功率调节范围小
  蒸汽弹射器通过数十年发展积累了丰富的设计与运作经验,但其固有的一系列原始设计缺陷也限制了它的进一步发展。比如,
  蒸汽弹射功率难控制,可弹射机型有限,弹射频次难以大幅度增加等问题
  
  电磁弹射器则完全化解了蒸汽弹射器的一系列原始缺陷,通过释放强大电能利用电磁力原理驱动直线感应电机实现舰载机弹射起飞,弹射功率精准可控,可弹射机型种类丰富,弹射频次不再受制于蒸汽发生装置。
  电磁弹射器陆上试验场
  电磁弹射器推动重达数十吨的舰载机在不足百米距离内加速至起飞速度需要强大的瞬时电能,战时舰载机日起飞频次更是以百次为单位计算,
  能否提供强大的高频瞬时电能是电磁弹射器研制的关键所在
  
  国产某型商用飞轮储能装置
  强迫储能装置可以实现电磁弹射器的电力储能,超级电容器、超导储能、飞轮储能都可以被视为强迫储能装置,但其中
  只有飞轮储能不存在充放电次数限制,更能适应电磁弹射器的强迫储能需求
  
  飞轮储能是指通过发电机带动飞轮高速转动储能,需要释能时利用飞轮高速旋转的惯性能量发电,就好比转动自行车脚踏板带动车轮高速旋转,停止转动脚踏板时车轮仍可以保证一定的转速,飞轮储能的基本原理与其类似。
  
  飞轮高速转动轴承通常会有磨损,王东领衔研发的立式混合磁悬浮飞轮储能系统是一种打破常规的设计方案,它将磁轴承与机械轴承有机结合在一起,高速永磁电机带动飞轮转动时,真空泵为飞轮提供真空工作环境,如此一来就解决了空气阻力问题,如果飞轮在工作时失稳,机械滚动轴承则开始工作,可以起到保护磁轴承和系统安全的功效。
  歼15电磁弹射上千次,003型航母核心技术军转民
  磁悬浮与机械混合的飞轮储能系统是各大国都在争相追逐的目标,那么问题来了,它与003型航母的关系究竟有多大?
  发明申请书时间显示是2014年,显然与003型弹射巨舰的时间表对不上,电磁弹射器的研发时间不可能与航母研发时间同步,因为作为航母配套的关键子系统,

  电磁弹射器研制时间表必然大幅度早于003型舰

  
  尹卓:歼-15已进行成百上千次电磁弹射试验
  海军信息化专家咨询主任尹卓少将早在三年前就在央视权威披露,我国歼-15舰载机已经在电磁弹射器上进行了几百上千次弹射,美国电磁弹射器地面试验时出现过很多大大小小的事故,重大事故也出现过,这就说明我们在电机控制、综合电力系统电力分配、软件设计等领域优于美国。
  上述表态说明两点:1.国产电磁弹射器成熟度很高;2.研发时间更早。
  配套电磁弹射器的阻拦装置
  实际上在更早的时间段里海军工程大学已经研发成功可用于电磁弹射器的50MW飞轮储能装置,而王东领衔攻关的立式混合磁悬浮飞轮储能系统在专利申请书中有明确的用途说明,它将用于电网调峰、不间断电源、混合动力机车等场合。显然是为了满足民用需求,可以看作是
  003型弹射巨舰的“军转民”升级产物
  。
  马伟明团队的第一个世界领先项目
  “领先就领先美国”是否吹牛?事实胜于雄辩
  王东身处的马伟明科技创新团队自四年前亮相央视科技盛典颁奖活动以来可谓是名声大噪,马院士一句“领先就领先美国”更是令人印象深刻,有人惊诧于他们科技成果之非凡,也有人产生了质疑,甚至认为马院士在“吹牛”,那么站在聚光灯下的马伟明及其科技创新团队究竟有何过人之处?
  新型舰船发供电系统
  先来重温下他与他的团队自上世纪八十年代末以来所获得的科技成果:
  1.先后研制成功三代舰船新型发供电系统,解决舰船动力心脏病问题,牢牢确立我国在舰船发供电领域里的世界领先地位;
  2.在世界上率先提出并研制成功中压直流综合电力系统,技术水**超国外十年以上;
  3.敢与最强对手比拼,电磁发射领域实现集群式突破,与世界最强国家实现同步发展,且多项技术属国际首创,推动我国武器装备由化学能发射向电磁能发射转变的**。
  052C型驱逐舰同样应用了新型发供电系统
  质疑马伟明团队的声音无非是因为存在感知障碍,三代舰船新型发供电系统的直接成果就是海军舰艇的批量下饺子,
  054A型护卫舰、052C/D型驱逐舰、055万吨大驱、039B型AIP动力潜艇、新型核潜艇等海军主战舰艇无一例外全部应用了马伟明团队研制的新型发供电设备
  。
  再以舰船中压直流综合电力系统为例,你们常说该系统领先国外十年以上,那么为什么英国45型驱逐舰、美国DDG1000朱姆沃尔特级驱逐舰、福特级航母三型舰船已经应用舰船电力推进系统背景下,我国却没有一款应用电力推进系统的主战舰艇?
  应用电力推进的英国45型驱逐舰全部趴窝
  首先要明确的一点是电力推进并不是舰船综合电力系统的唯一标志,前者只是后者的应用场景之一;
  其次,上述三型舰艇问世多年而时至今日依然是重病缠身,45型驱逐舰全部趴窝,DDG-1000难以形成战力,福特级更是大小问题一箩筐,可见没有统筹规划的科学发展路线,先进技术不仅不会带来战力跃升,反而会成为掣肘战斗力的沉重负担
  。
  055万吨大驱已经应用综合电力系统
  以055万吨大驱为例,该型舰应用的具有世界领先水平的双波段雷达以及其他对海对空探测电子设备都是耗电大户,电能如果无法实现均衡调配战力水平就将大打折扣,而这就是领先国外十年以上的舰船中压直流综合电力系统的用武之地,该系统通过计算机根据作战需求能够实现智能配电,从而在各系统执行任务时供应充沛电能。
  最重要的一点是,我国舰船中压直流综合电力系统将有更广阔的应用平台,那就是马伟明院士提出的“全能舰”,这是一款全面领先DDG-1000的未来战舰,而现在未来已来!
  全能舰
  全能舰将配置大口径舰载电磁炮,发射系统也将应用电磁发射装置,实现武器系统由传统化学能发射向电磁能发射的转变。
  该舰火力可有效触达方圆1000公里的作战区域,这意味着
  单舰控制范围将与福特级航母战斗群旗鼓相当,甚至有所超出,从而彻底改变海战规则。
  马伟明团队推动电磁能发射
  马伟明团队必胜秘籍:论功行赏+亮剑精神
  正所谓授人以鱼不如授人以渔,马伟明科技创新团队不仅为我国带来了在电磁领域里的集群式突破,更是打造了一支特别能攻关特别能战斗的科技铁军。
  马伟明院士在谈到团队建设时特别感谢恩师张盖凡教授,他说,我的导师培养我,主持公道,我很幸运,是在多项电机课题组里面,因为老先生的这种学识和人品他不仅把我领进门,关键是提供了一个非常好的创新的环境或者文化,你只要是你自己做出来的不会被任何人侵占,所以好多课题我甚至课题组成员也不是,有的即使是成员也不是课题组长,可是到最后鉴定报奖的时候是按照贡献和作用论功行赏排名,所以我就跑到第一去了,所以才有我能当院士,得到这个肯定。
  马伟明授业恩师张盖凡教授
  时年41岁的马伟明当选为工程院院士之后,
  他将自己的幸运传递给了更多人,这个延续是指论功行赏的创新环境和文化的延续,比如领先国外十年以上的舰船中压直流综合电力系统的第一牵头人并不是马伟明,而是他的团队成员王东。
  除此之外,在马伟明团队里的有功之臣还有很多,这支团队先后孕育了四百多名博士和硕士,其中有不少已经在全国甚至全世界崭露头角,除了王东之外还有肖飞,他是2018年全军通令嘉奖的三人之一,荣立一等功,并于去年荣获何梁何利奖。
  马伟明科技创新团队
  谈到这里不由得让我想起电视剧《亮剑》里李云龙的一段台词:兵熊熊一个,将熊熊一窝,要说魂,只要我在,独立团的兵就嗷嗷叫,遇到敌人就敢拼命,要说哪一天我牺牲了,独立团的战士也照样嗷嗷叫,我就不相信他们从此就变成了棉花包,为什么呢?因为我的魂还在。而这里的“魂”不就是马伟明说道的,由张盖凡院士牵头营造的刺激创新的环境和文化。
  马伟明科技创新团队更是一支具有亮剑精神的科技铁军,从占据世界领先地位的三代舰船发供电系统,到领先国外十年以上的舰船中压直流综合电力系统,以及当前即将应用的具有世界领先水平的航母电磁弹射器,处处体现“领先”一词。
  中压直流综合电力系统
  马伟明:
  我们做所有的事,我都是这样讲的,从开始的第一个研究到最后,就没有一个是跟着人家走的,首先从需求中提炼出科学问题,科学问题解决完了,再把它分解成关键技术,关键技术解决完了,最后立足我们国情(加以应用)。
  古代剑客对阵,明知不敌也要亮出宝剑,狭路相逢勇者胜就是亮剑精神。在一系列强军科技成果面前我们看到了马伟明团队基于创新思维与新时代综合国力跃升的自信从容,但是要知道马院士是从上世纪八十年代在技术领域全面落后西方数十年的背景下一路披荆斩棘,在技术发展的至暗时刻马伟明依然能坚定必胜信念,而这不就是亮剑精神。
  马伟明在技术至暗年代敢于向世界最强亮剑
 
  精气神固然重要,但在亮剑精神之上还有更重要的一层,就是高瞻远瞩的科学发展规划,马伟明主抓的三代新型发供电系统研制背景就是海军之父在1987年2月2日主抓审定了《海军2000年前发展设想和“七五”建设规划》和《海军2000年前装备发展规划》,确立以十几年为周期的海军装备发展规划。
  054A型护卫舰、056型轻型护卫舰、052C/D型驱逐舰、055万吨大驱可以说都是沿袭水面舰艇发展思路,也就是说直到现在三十多年前的发展规划仍然在发挥着关键作用。
 
  

 

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