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崔爾傑,空氣動力學家。生於山東濟南。原籍河北高陽。1959年畢業於北京航空學院空氣動力學專業。北京空氣動力學研究所研究員。在國內率先開展航天器非定常氣動力和流固耦合問題的研究,突破該領域多項關鍵技術;提出利用非定常激勵進行流動控制獲得高升力的方法並揭示其機制;建立和發展複雜飛行器外形考慮氣動干擾的氣動彈性分析新方法;發展渦致振動的非線性振子模型,提出抑制渦致振動的多種途徑。

1 崔爾傑 -簡介

崔爾傑崔爾傑講話
領導和主持多項型號關鍵動力問題攻關和重大工程項目的開發工作。提出建立「地面效應空氣-流體力學」的框架設想並對其研究內容作了充實與發展。

開拓風工程和工業空氣動力學應用研究,在結構風致振動、風力機氣動彈性和體育流體研究等方面做出了創新工作。1999年當選為中國科學院院士。

領導和主持多項型號關鍵動力問題攻關和重大工程項目的開發工作。提出建立「地面效應空氣-流體力學」的框架設想並對其研究內容作了充實與發展。開拓風工程和工業空氣動力學應用研究,在結構風致振動、風力機氣動彈性和體育流體研究等方面做出了創新工作。2003年11月任中國科學技術大學工程科學學院院長。

2 崔爾傑 -任職

崔爾傑崔爾傑頒發聘書並即席講話
崔爾傑院士受聘擔任中科大工程科學學院院長:國科技大學舉行授聘儀式,聘請北京空氣動力研究所崔爾傑院士擔任科大工程科學學院院長。

科大校長朱清時院士親自為崔爾傑院士頒發聘書並即席講話。朱清時首先代表學校對崔爾傑院士接受邀請,出任中國科大工程科學學院院長表示衷心感謝。他說,在工程科學學院發奮圖強,奮起直追的關鍵時候,學校聘請崔爾傑院士兼任院長,這對學校抓住機遇發展大學科,建立大平台,促進理工科全面發展具有十分重要的意義。

在新的發展時期,創建一流研究型大學,中國科大必須具有多元文化,相信在崔爾傑院長、伍小平院士的領導和核心凝聚下,工程科學學院在發展重大、綜合、交叉平台和申請大項目方面會得到更多的支持和幫助,科大工科的建設和發展一定能夠更快地推進。

崔爾傑崔爾傑
崔爾傑在講話中首先感謝中國科大領導和師生對他的信任。他說,在科大較強的理科氛圍中,學校工科發展有良好的基礎,中國科大要積極利用國家正在制定中長期發展規劃的契機,充分發揮多學科優勢,選擇有特色的學科領域作為突破口,爭取更大規模地進入科研前沿領域,積极參与國家重大項目的研究,從而帶動其它學科的整體發展,進一步提升學校工科整體實力和綜合水平。

工程科學學院常務副院長楊基明代表學院致歡迎辭。他說,崔院士過去是科大的兼職教授,對學校、工程科學學院有著深厚的感情,以往給予我們的是關心、關懷和支持,今後給我們更多的是規劃、指引和領導。他代表即將成立的學院領

崔爾傑崔爾傑

導班子表示一定會在學校和崔院長的領導下,努力工作,把伍小平院士等學院老領導開創的基業守好,並爭取進一步發揚光大。

副校長程藝主持了儀式,原工程科學學院院長伍小平院士、校秘書長汪克強、工程科學學院以及所屬各系的領導和部分教授參加了儀式。

授聘儀式后,崔爾傑院長與工程科學學院、系的新老領導和教授進行了座談。

3 崔爾傑 -訪問

崔爾傑崔爾傑
中國航天空氣動力技術研究院崔爾傑院士等訪問航空航天與力學學院:
參加完中國商用飛機公司成立慶典的中國航天空氣動力技術研究院崔爾傑院士等5人專程訪問了我校航空航天與力學學院,就雙方開展進一步合作進行了座談交流。在會議期間,裴鋼校長會見了崔爾傑院士,對雙方的合作表示積極支持。

航空航天與力學學院仲政院長對崔爾傑院士一行的到來表示了熱烈的歡迎,並希望崔院士等航天空氣動力技術研究院的專家對同濟大學航空航天與力學學院的學科布局、人才培養等方面提出指導性意見。會上,航空航天與力學學院有關專家介紹了我校在50座地效飛行器研製工作上的進展。

與會人員對同濟大學與航天空氣動力技術研究院的進一步合作提出了許多建議。崔院士認為,同濟大學將地效飛行器作為發展航空航天學科的切入點非常合適,這樣將形成自身的特色,並推動同濟大學多個學科的發展。他還認為同濟大學在地效空氣動力學、複合材料結構設計、降噪設計、飛行控制、多學科設計優化、虛擬設計與製造等方面可以取得有特色的研究進展。

雙方一致認為,合作研製50座地效飛行器不但可以形成非常有前景的地效機產業,地效機還可以用作大飛機研製的一些關鍵技術的驗證平台。雙方將在科研立項等方面進行更緊密的合作。

4 崔爾傑 -現狀與展望

崔爾傑崔爾傑
空天技術的發展現狀未來展望:
空天技術發展歷史與現狀一般認為距地球表面100公里以下的空間為「空」,100公里以上的空間為「天」,但兩者間並沒有絕對的分界線。空天一體化是航空航天技術未來發展的趨勢,是由現代高新技術發展引發的重大變革。

1903年萊特兄弟研製成功世界上第一架帶動力飛機,實現了人類遠久的飛行夢想。20世紀初,環量和升力理論的建立,奠定了低速飛機設計基礎,使重於空氣的飛行器成為現實;40年代中期至50年代,可壓縮氣體動力學理論的迅速發展,特別是跨聲速面積律的發現和后掠翼新概念的提出,幫助人們突破「音障」,實現了跨聲速和超聲速飛行;50年代中期研製成功了性能優越的第一代戰鬥機,如美國的F86、F100,蘇聯的Mig15、Mig19等。二次世界大戰期間,軍事航空的需求以及導彈武器的出現和投入使用,促使人們向更高的速度衝擊。50年代以後,開始了超聲速空氣動力學發展的新時期.第二代性能更為先進的戰鬥機陸續投入使用,如:美國的F4、F104,蘇聯的Mig21、Mig23,法國的幻影3等。

1957年蘇聯發射了世界上第一顆地球人造衛星,1961年第一艘載人飛船「東方號」升空,被認為是空間時代的開始。60年代以後,蘇聯、美國先後研製成功一系列載人飛船,如:俄羅斯的載人飛船「東方號」、「上升號」和「聯盟號」;美國的「水星號」、「雙子星座號」、「阿波羅號」等。70年代,世界各國出現研製發展空天飛機的熱潮。1981年美國成功發射了世界上第一架太空梭「哥倫比亞號」。俄羅斯也在1988年發射了「暴風雪號」太空梭。航空方面的重點則放在了發展高性能作戰飛機、超聲速客機、垂直短距起落飛機和變后掠翼飛機。70年代以後,第三代高機動性戰鬥機陸續問世,.如美國的F15、F16,蘇聯的Su27、Mig29和法國的幻影2000。

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太空梭可重複使用,有效載荷能力強,原設想可以大幅度降低發射成本。但實際使用中發現,太空梭的研製費非常高,每次的發射費用也超出先前預計,而且故障率比較高。2003年,美國「哥倫比亞號」太空梭失事後,美國意識到,未來進入空間、控制空間、進行太空探索、向空間站運送人員和貨物,迫切需要研究和發展新的空天飛行器。

美國早在90年代初期開始執行「國家空天飛機」(NASP)的發展計劃。該計劃自1982年起步,由於在高超聲速馬赫數範圍內,作為動力系統的超燃發動機的技術儲備不足,而在短期內難以突破其技術關鍵,因此不得不於1994年下馬,歷時10餘年,花費30多億美元。此後,NASA(美國航空航天局)開始執行新的HyperX計劃,該計劃有三個主要目標:一是對採用的設計方法進行飛行驗證;二是繼續發展以超燃為動力的飛行器設計工具;三是降低由於氣動力、推進系統、結構/發動機/結構一體化預估不準確可能帶來的風險。1996年開始研製以火箭為動力的空天飛行器X33、X34。由於對新型輕質材料的強度、韌性和防熱性能等研究不足,2001年3月也宣布下馬。

2001年6月,以超燃發動機為動力的空天飛行器X43A首次試飛,在飛行速度達到Ma=1時,由於助推器失控,飛行器脫離B52載機時偏離預定軌道,不得不引爆砸毀。

崔爾傑崔爾傑
2004年3月27日,X43A試飛獲得成功,以超燃衝壓發動機為動力的飛行器的可控制飛行速度達到了每小時8000公里(Ma=7),持續飛行8秒鐘,飛行高度達到28000米。X43A還只是一個試驗飛行器,進入實用還有很多問題,例如:超燃發動機的防熱問題。目前,X43A採用的是熱沉式冷卻設計,而進氣道唇口是開式全耗損水冷,這種冷卻技術維持10秒左右的飛行時間還可以,時間長了,冷卻就是一個大問題。此外,如採用更實用的碳氫化合物燃料,點火則比氫要困難得多。進一步提高飛行Ma數也面臨更多難題。

近年來美俄等國在空天技術的研究與探索方面從未停止過。美國在2004年1月宣布的太空新計劃中提出,在2010年前,研製新一代「載人探索飛船」(CEV)。可一次將一組航天員及設備送往太空或月球,使載人飛船的功能得到顯著提升。俄羅斯也在2004年3月公布:正發展稱之為「空間快船」的新一代航天飛船,以取代老的「聯盟號」。它的飛行重量是「聯盟號」的2倍,可以乘載6名航天員,重複使用25次以上。據稱只要研製經費能夠及時到位,五年時間便可建成。

美國國防部還宣布要發展可重複使用的「跨大氣層空天飛行器」,認為它將成為未來最重要的新型空天飛行作戰平台,可以為21世紀的空天運輸和攻防對抗提供非常有價值的能力。它與目前正在使用的飛船和太空梭相比有很大不同,在發射成本、可維護性、重複使用、飛行性能等諸多方面具有突出優點。它能以低價格、高可靠性代替運載火箭發射衛星,代替飛船或太空梭進行天地往返,運送人員和貨物;在軍用方面,能迅速機動地進入太空空間,在兩小時內實現「全球到達」,完成偵察、作戰任務,還能作為各種天基作戰武器的發射平台,也可長期在軌運行,執行空間預警和作戰指揮。

崔爾傑崔爾傑題詞
此外,美、俄和歐洲在空間探測和空間站建設方面也開展了大量工作。空間探測除探月外還發射了一系列行星探測器,飛往火星、金星、土星、木星等。自1962年蘇聯發射「火星1號」探測器以來,人類已向火星發射了30多個探測器,2/3失敗。2003年6月到7月,美國先後發射「勇氣號」和「機遇號」火星車,歷經半年時間,於2004年1月在火星成功著陸,現已陸續將大量極其珍貴的信息傳送回地球。在空間站建設方面,美俄日加等16個國家共同建設的國際空間站,由6個實驗艙、1個居住艙、3個節點艙、平衡系統、供電系統、服務系統和運輸系統等組成,其總重量為500噸,可容納7~15名宇航員同時在太空工作。該工作開始於1998年,預計投資500億美元,工作壽命15年以上。原計劃2006年建成,現在看來進度將會拖延。

5 崔爾傑 -重要意義與作用

在國家綜合國力的構成要素中,航空航天技術佔據著非常重要的地位,是國家實力和科技水平的象徵。縱觀近年來發生的多次局部戰爭,無一不是從空中打擊開始的。除陸地、海洋外,來自空天的攻擊將成為對國家安全最嚴重的威脅。

崔爾傑崔爾傑在開會
以伊拉克戰爭為例,2003年美英等國聯軍出動各種飛機18000架,並首次動用了先進的F/A18E/F戰機。充分利用空天地一體化信息系統的強大支持,空中作戰武器平台的信息化程度比以前任何一次戰爭都高,共投下近3萬枚炸彈,其中68%是制導炸彈和導彈。由於掌握了絕對的空天優勢,結果用了不到四周時間、死亡僅115人的代價,就推翻了薩達姆政權,充分展示了空天優勢在現代化戰爭中的作用。

空天優勢是未來高技術戰爭條件下贏得勝利的戰略制高點。美國總統肯尼迪早在20世紀60年代就說過:「誰控制了空間,誰就控制了地球。」1998年美航天司令部公布的《2020設想》,1999年公布的《美國防部最新航天政策》中都提出要「發展控制空間的能力」。未來20年,大力發展空天技術,提高「進入空間、利用空間、控制空間」的能力,將成為確保國家安全和國際地位最具重要意義的問題。

崔爾傑崔爾傑在講話
空天技術的發展對國民經濟和社會進步有極為重要的作用,它的發展大大提高了人民的生活質量。以民用航空的發展為例:從20世紀60年代起,隨著150座以上噴氣客機的出現,航空運輸在人類交通運輸業中成為重要的交通工具。世界航空客運今後每10年將增長1.6萬億人公里,貨運周轉量平均年增長率將達到5%~7%。到2020年,世界航空客運量估計將達到6.4萬億人公里。2001—2020年,全世界航空公司大型噴氣飛機總需求量將超過1.8萬架,總價值將超過1.4萬億美元。中國是世界上民航運輸增長最快的地區之一。1999年全國民航年運輸總周轉量和旅客周轉量已經上升為世界第9位和第6位。2003年,全國126個通航機場,飛機起降210多萬架次,旅客吞吐量為17000萬人次,貨郵吞吐量520萬噸。空運又是現有運輸方式中最安全的。2003年全球共發生空難162起,死亡1204人,達到1945年以來的最低值。其中商務運營中發生事故25起,死亡677人。
崔爾傑衛星導航定位系統
航天技術與國民經濟、社會發展和人民生活也有極其密切的關係,人們正廣泛享用著航天技術的成果,如:衛星廣播通信、氣象觀測預報、衛星導航定位、地球資源普查、生物育種、材料製備、醫藥合成等。以氣象衛星為例,世界上現在有幾十顆氣象衛星,已構成全球觀測網,120個國家建立了氣象衛星數據接收利用服務站,晝夜不停地對大氣環境變化進行觀測預報,及時準確地對颱風、暴雨、洪澇、乾旱等自然災害作出預報,大大減少了人員傷亡和財產損失。1988年以來中國已發射了「風雲」系列氣象衛星7顆,衛星數據已在中國天氣預報、氣象研究、農業規劃、災害監測等方面發揮了重要作用。航天育種是空天技術又一重要應用領域,利用太空環境高真空、高潔凈、微重力、多種宇宙射線、重離子和交變磁場等特點,進行誘變育種,引起株型、穗型、果型異變,大幅度提高產量,顯示了非常誘人的前景。

空天技術的未來展望進入21世紀后,世界各先進國家更加重視空天技術的發展。可以預料,今後十年或更長一些時間(2020年以前),航空航天技術必將有更大發展。正在研製和有可能進入型號研製的航空航天飛行器主要有:高機動性作戰飛機、可重複使用的高超聲速空天飛行器、大型高速民航機和軍用運輸機、新一代戰略戰術作戰武器、軍/民用衛星、空間實驗室、無人偵察作戰飛機、武裝直升機、地效飛行器、微型飛行器、智能控制可變形體飛行器和激光、動能等新概念武器等。

崔爾傑長征二號系列火箭
「天翼1號」根據預測,在未來的十年中,航空方面,由於空氣動力學的發展,飛機的阻力將下降15%~20%,由於材料和設計技術的進步,飛機的結構重量將下降20%,由於元器件可靠性提高和製造工藝的改進,飛機的事故率將下降80%。新一代軍用飛機將具有超音速巡航、過失速機動、短距起降、隱身等能力,配備更先進的電子武器系統,作戰能力比現有飛機提高10倍;民用飛機將向更大、更快、更安全、更經濟、對環境污染更小的方向發展。500~1000座的民航機可望投入使用。航天方面,包括運載火箭、衛星、可重複使用跨大氣層飛行器和空間作戰飛行器等在內的航天運輸系統,將沿著高速、高機動、高可靠性、高隱形、精確打擊、實時按需發射、可靠進入空間、迅速部署、擴展和維護、經濟廉價、功能強、可重複使用等方向發展;控制空間將成為未來高技術戰爭條件下的戰略制高點。要控制空間首先必須能進入空間,因此,發展進入空間的運載手段成為一項緊迫任務;遠程、大縱深、精確打擊將成為進攻力量的主體;建立全方位、多層次、靈活機動、快速反應的空天防禦體系成為迫切需要。

面對挑戰的中國空天技術20世紀50年代新中國剛剛成立不久,航空航天事業的發展就受到黨和國家的高度重視。1956年制定的《科技發展遠景規劃綱要》,把火箭與推進技術列入七個重點項目之一。50多年來,中國的航空航天事業飛速發展,獲得巨大成就。航空方面,1954年試製成功第一架飛機初教,1956年國產殲5噴氣飛機首飛成功,1960年中國自行研製成功強5飛機,1984年,中國自行研製的殲8飛機首飛成功。近年來,中國又自行研製成功殲10飛機,其戰術技術性能已達到國外正在服役的第三代殲擊機的水平。

航天方面,1960年中國自己製造的彈道導彈發射成功,開始了中國航天的新時代。1965年11月DF1中近程彈道導彈研製成功,1966年12月中國自行研製的DF2中導彈試飛成功,1970年成功發射中國第一顆人造地球衛星。1970年4月「長征1號」運載火箭發射成功,到80年代中期已初步形成系列化。經過40年的努力,相繼研製成功多種運載火箭,發射了近地衛星、地球同步、太陽同步、載人飛船等70多顆航天器。1990年開始進入國際商業衛星發射市場,成功發射了20多顆國外衛星。中國航天取得了令人矚目的成就。1992年開始發展中國載人航天,並確定載人航天應當從載人飛船起步。

崔爾傑神舟1號發射成功
1992年9月中國載人飛船工程被批准立項並開始實施。歷經七年的論證、研究、設計、建造、試驗后,1999年11月20日,「神舟1號」飛船發射升空,在太空正常運行1天後,準確著陸在預定區域。「神舟1號」至「神舟4號」飛船的飛行試驗,積累了大量實際經驗,為載人飛行奠定了基礎。2003年10月15日「神舟5號」發射成功(圖26),中國首次實現載人航天飛行。2003年10月16日「神舟5號」勝利返回地面,首次載人航天飛行獲得圓滿成功。
圖26「神舟5號」發射成功圖27「神舟5號」勝利返回

此外,2000年,中國建成了由兩顆衛星組成的區域性的「北斗」導航試驗衛星系統。2003年5月26日,中國又在西昌衛星發射中心成功將第三顆「北斗1號」導航定位衛星送上太空,標誌著中國已成功建立了自主的衛星導航系統——第一代「北斗」衛星導航定位系統。

在空間探測方面,中國與歐洲航天局合作的「雙星計劃」,利用兩顆軌道相互交叉的衛星進行大範圍的磁層空間同步探測。雙星將與歐洲航天局發射的「團星Ⅱ」四顆衛星一起,形成人類第一次從太陽到地球空間的6點立體探測體系。這是中國與歐洲航天局合作的第一個科學探測衛星項目,也是中國航天史上第一個真正意義的空間探測計劃。

關於中國航天的未來發展,國家航天局公布的《中國航天白皮書》宣布:今後10年或稍後一些時期,中國將大力發展能夠長期穩定運行的對地觀測衛星體系;建立自主經營的衛星廣播通信系統、導航定位衛星系統;建立新型科學探測與技術試驗衛星體系;進一步發展載人航天技術、空間實驗室、月球探測及深空探測技術、載人航天和天地往返運輸系統、天/地一體化信息系統。軍用航天(各類偵察、通信、導航衛星和其他航天器)、空天作戰武器等在重大需求推動下也必將有很大發展。

崔爾傑月球
2003年3月1日,中國國家航天局宣布啟動月球探測計劃,定名為「嫦娥工程」。經過半個世紀在航天技術方面的努力,中國實施該計劃的時機和條件已經成熟,探月的路徑已經確定,一些關鍵技術也有突破。預計兩年內,中國將發射繞月球飛行的月球探測衛星。

可重複使用的航天器,由於在發射費用、發射準備周期、有效裝載能力和運營效益等方面的優越性,而受到世界各國的廣泛關注。中國在這一領域也正在積極開展研究工作。

未來空天飛行器平台的顯著特點是多採用具有大升阻比的升力體構型。其結構是超輕質、高強和功能/結構一體化的,具有最先進的高超聲速動力系統、結構防熱系統、控制系統和安全保障系統。這類飛行器所具有的複雜外形和飛行環境引起一系列極為複雜的流動現象,如:激波,分離,漩渦,湍流,化學反應和等離子體流動,力、熱、光、電磁多場耦合等;它們獨特的服役條件和特定的作戰使命要求,引出一類對現有科學知識具有挑戰性的新的課題,如:強-短時載荷的耦合效應、高應變率-高溫升率與結構間的非平衡耦合效應、智能材料與結構、智能自主控制技術、微流體力學和微系統動力學等。

結束語21世紀前50年,空天技術的發展將非常類似20世紀前半葉航空的發展。今後若干年內,在強大的空/天/地一體化信息系統的支持下,戰爭將是全方位、大縱深、立體化的,一改過去傳統的單一武器獨立作戰模式,變成海、陸、空、天、電五位一體,進攻與防禦間的體系對抗。從空中(空間)作戰支援發展到空中(空間)格鬥以及從空中(空間)向地面實施遠距離精確打擊,將逐步成為具有戰略意義的行為。這些都對空天技術發展提出了多方面嚴格要求。

航空航天技術是涉及多種學科的高技術領域,空天飛行器研製中面臨的基礎性的關鍵技術問題也是多方面的,我們現有的科學技術基礎尚不足以圓滿解決所面臨的各種複雜而困難的問題。大力加強基礎理論研究,不斷改進和提高地面模擬實驗、數值計算以及理論分析能力,仍然是十分迫切的任務。在這裡,我們要特彆強調基礎研究和工程應用有機結合和協調發展的重要性。航空航天工業作為高技術產業,基礎研究更應先行一步。

要「以人為本」,鼓勵創新,大力營造鼓勵創新的主客觀條件與寬鬆環境,積極培養大批優秀的年輕航天科技人才。繼承和發揚「兩彈一星」和「載人航天」精神,為加速發展中國航空航天事業而努力奮鬥!

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