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第24章 李椿萱 空气动力飞行器设计高速碰撞力学专家

李椿萱(1939.11—),广东新会人,空气动力、航空航天飞行器设计及高速碰撞力学专家,中国工程院院士。1963年台湾成功大学毕业,赴美国留学,分别在美国新墨西哥州立大学和纽约州立大学攻读硕士与博士学位。1972年获博士学位,先后在原校及加州理工学院从事流体力学基础研究,1975年任职美国洛克希德公司。1980年回国后一直在北京航空航天大学从事教学和科研工作。现任国家计算流体力学(CFD)实验室主任,北京航空航天大学图书馆馆长、航空科学与工程学院教授。李椿萱先后获全国优秀教师,国家中青年有突出贡献专家,航空航天工业部劳动模范,国防科工委“国家高技术研究发展计划”先进工作者,中国人民解放军总装备部“国家高技术研究发展计划”先进个人、先进工作者,全国归侨侨眷先进个人等荣誉称号。1997年当选中国工程院院士。

李椿萱父亲是飞行员,抗战期间牺牲。抗战胜利后随家人从大陆辗转印尼到台湾,就读于台湾成功大学,1963年毕业,赴美国留学,1972年获博士学位,1975年任职美国洛克希德导弹及空间公司从事航天飞机及反弹道导弹等型号及预研工作。1980年春,等待了8年的李椿萱博士终于接到了批准回国的通知,只身回到了大陆,任教于北京航空航天大学。在其近10年的北航流体力学研究所所长任期内,建设了一座大型多用途水洞、等离子体实验室和国家计算流体力学实验室。1987—1997年间,他被任命为国家高技术研究发展计划航天技术领域第一届专家委员会、大型运载火箭及天地往返运输系统主题专家组成员,第二届气动力、热专题组组长。李椿萱在任期内参与了我国大型运载火箭及天地往返系统发展蓝图的制定与概念研究,全面负责气动力、热专题组的工作,组织实施了一批气动关键技术单项预研以及跨部门大型地面模拟设备的研制与改造,并负责国家计算流体力学实验室的筹组建工作。

李椿萱的研究工作涉及飞行器空气动力学、高速碰撞力学、等离子体与粒子束动力学及计算力学等多种学科及相关工程领域,共发表了100余篇论文。所开展的研究工作包括:

①高超声速技术研究。自20世纪80年代以来一直从事吸气式高超声速飞行器气动力、热特性研究,开展了先进天地往返运输系统、高超声速作战平台/飞机的概念研究;直接主持与负责多项关键技术预研,包括先进天地往返运输系统气动布局研究,飞行器与推进系统一体化热、气动特性研究等。近年来,他除承担了乘波构型以及其他类型飞行器与推进系统一体化设计与气动布局研究的系列任务外,还开展了具有多学科交叉特色的等离子体空气动力学在高超声速气动力、热控制技术的应用研究,以及气动舵面/反作用控制系统/等离子体组合控制技术研究等。

②飞机空气动力学及多学科综合技术研究。先后承担了“先进气动布局”,“隐身及反隐身技术”,“新一代作战飞机气动问题”等技术预研项目的任务。主要工作包括战斗机推力矢量技术的气动特性研究;飞行器气动/雷达、红外信号特征一体化研究;气动控制面绕流的旋涡控制研究;下一代战斗机前机体/进气道一体化气动特性与设计研究;战斗机埋伏式弹舱开启和导弹投放过程的动态特性以及埋伏式弹舱气动布局研究等。在民航飞机方面,主要开展流动控制研究,包括跨声速激波/边界层干扰的减阻被动控制技术研究,以及微流动减阻和边界层分离控制技术研究。

③推进系统。20世纪70年代参与了美国航天飞机主发动机的气体热动力设计、热气动弹性分析以及涡轮泵密封技术的研究。近年来致力于吸气式高超声速飞行器箭基及超燃冲压发动机气体热动力学研究;超燃冲压发动机内通道热环境建模与仿真研究,以及磁流体—等离子体—化学推进系统(MPC)原理与一体化设计方法研究。

④超高速碰撞力学。主要从事超高速碰撞的动态数值模拟研究,20世纪70年代所开发的耦合Euler-Lagrange有限元(CELFE)高速碰撞动力特性分析软件已被注册为美国NASA新技术应用程序。此外,还开展了大应变率本构理论研究和物态方程建模,以及材料高压加载、卸载过程的流变特性研究,建立的基于非平衡热力学的黏弹塑性介质本构理论框架。

⑤粒子束动力学及其与材料的相互作用研究:所开展的工作主要包括等离子体束对材料改性的应用研究;电磁加速器技术研究等。近十余年来从事低地球轨道(LEO)环境中原子氧与空间材料相互作用研究,原子氧/紫外辐射对空间材料的协同效应研究,以及评估空间材料环境腐蚀的工程建模等研究。近年来重点开展了等离子体空气动力学领域的研究,包括高超声速等离子体能量沉积及其在流动控制技术的应用等。

⑥其他交叉学科。气动光学研究:近年来开展了气动光学的高速绕流转捩与湍流建模,气动光学数值仿真方法研究,以及连续流与低密度流中红外辐射特征等机理研究。高温、高速热、化学非平衡过程研究,近年来的研究重点在于真实气体效应与高温、高速热、化学非平衡流动的边界层转捩及湍流研究及建模;超声速湍流燃烧建模、点火与稳定性研究等。高马赫数磁流体动力学研究:包括高马赫数磁流体边界层转捩与湍流研究与建模;高马赫数磁流体能量控制技术研究等。高超声速热防护技术:包括热结构及其本构关系研究;烧蚀研究等。

1987年以来,李椿萱先后担任国家高技术研究发展计划(“863”计划)航天技术领域第一届专家委员会,大型运载火箭及天地往返运输系统为主题的专家组成员,第二届气动力、热专题组组长,参与了我国大型运载火箭及天地往返系统的发展规划与概念研究,全面负责气动力、热专题的关键技术预研与设备建设的组织管理工作。

回国30年来,李椿萱先后为进修教师、研究生、本科生和留学生开设了十余门课程,指导了十余名博士后和80余名博士、硕士研究生。教学中他强调要具备扎实的专业基础理论和宽广的专业知识面,又要注意与工程实践相结合。在研究生培养上鼓励发挥学生的主观能动性,组织研究生每周一次进行学术交流研讨。

由于李椿萱回国后的工作成绩和贡献,他先后荣获全国优秀教师,国家中青年有突出贡献专家,航空航天工业部劳动模范,国防科工委“国家高技术研究发展计划”先进工作者、中国人民解放军总装备部“国家高技术研究发展计划”先进个人、先进工作者,全国归侨侨眷先进个人等荣誉称号。

李椿萱1997年当选中国工程院院士。

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