微米和纳米科技材料

航空工业自动化研究所张锡文:在10微米结构上承载航空梦想

中国航空报讯:一根头发丝的直径大约100微米,一个新型加速度计中挠性结构的厚度仅为10微米,由单晶硅材料加工而成,轻轻地吹一口气,就会断裂。

如此“薄脆”的结构,要从空中自由跌落,在瞬态过载600G条件下(航天员超重耐力试验通常达到8~9G),做到不断、不裂、不损坏,这是什么“神仙试验”?它就是“跌落冲击可靠性试验”。

这种极限指标要求,成了制约新型加速度计应用到航空装备上的瓶颈。

“科研的起点是工程问题,科研的终点是解决工程问题。”航空工业自控所青年科技专家张习文博士,在无任何原型机可参考的情况下,完全依靠自主设计,一举破解了新型加速度计的瓶颈难题,将加速度计的研发周期,从过去的十年压缩到三年,令人叹服。

少年张习文是个“小军迷”,凡是跟军事有关的,他都感兴趣、爱关注。

“1999年,以美国为首的北约,悍然轰炸中国驻南联盟大使馆,导弹划破漆黑的夜空,大使馆顷刻间火光冲天,顶楼被爆炸掀翻,地下室被炸穿,三人牺牲……”当年电视新闻中播放的这些画面,让正念初三的张习文,感受到了深深的痛。

共和国50华诞的“世纪大阅兵”,“受阅的42种大型装备中,新装备占90%以上,绝大部分是自行设计和生产的,高科技装备已开始成为主力。”这些信息对后来成长为航空装备产品设计师的张习文,产生了深远的影响。

“从国家发展需要出发,做自己感兴趣的事。”在研究生时期,张习文积极参与到导师和航空工业自控所的合作项目中,博士研究生毕业的时候,就如愿以偿地成为一名“航空人”。

2013年,怀揣着“航空报国”梦想的张习文,入职航空工业自控所,当时所里的导航系统已处于全国领先地位,这让他对于导航核心传感器之一的加速度计的专业水平,同样自信满满,但这种自信很快就被打破了。在一次全国加速度计产品性能比测中与冠军失之交臂,让他不得不面对与国内外加速度计先进水平的差距。

“在我的内心,总不愿服输,不愿意接受加速度计专业落后的现实。”他暗暗地憋着一股劲儿,潜心专业研究,一个新型加速度计方案,在他和团队的自主设计中日渐完善。

2016年,新型加速度计技术攻关遇到了“跌落冲击可靠性”的瓶颈难题。多轮跌落试验的失败,让工程应用的设想充满变数。有人甚至提出了适当降低精度来提升抗冲击能力的方案。张习文心里那股不服输的劲头,让他果断地提出了“NO”。

在办公室的桌子上,摆放着一排排在冲击试验中跌落断裂的试验件,每件上面都呈现出细微不同的断裂口。张习文看着这些断裂件,就像看着自己生病的孩子一样,他每天冥思苦想,试图尽快找到“病根”,期待着能从断裂的角度、裂痕的方向,与仿真试验数据的对比中,找到它们之间某些隐秘的关联。

那是一个充满阳光的午后,张习文又下意识地观察那些断裂件,认真比对着不断迭代的仿真试验数据,结合对机理规律的探究和思考,他敏锐地发现了裂口和冲击方向间存在的规律!这个发现让张习文兴奋异常。他随即展开了进一步的建模仿真和试验验证,终于明确了断裂机理,并基于机理研究,提出了相应工程解决方案,一举破解了“神仙试验”的难题。

张习文带领团队成员一起,在对设计工艺迭代优化的同时,不断突破多项关键技术,实现了加速度计产品的型号应用和批量交付,大幅提升了机载惯导系统在实战复杂环境下的使用精度。与此同时,团队获批国家重点基金项目2项,申请国家发明专利20多项,其中6项已获得授权。

“从国家发展需要出发,做自己感兴趣的事。”少年张习文的初心,正引领着他,在10微米结构上,践行着“航空报国、航空强国”的梦想。

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