《科技创新与品牌》杂志社人物志

为了战机“心脏”的“强健”不断创新进取

  他是空军工程大学航空宇航推进理论与工程国家重点学科首席教授、空军科技领军人才,为了战机“心脏”的强健,创建了一个国家级重点实验室和军队重点实验室,长期从事航空发动机运用工程及其与等离子体技术交叉领域的研究,在新型战机发动机高原适应性与监控诊断、激光冲击强化与延寿、机动飞行适用性与等离子流动控制前沿技术研究方面取得多项创新成果,为战机飞行安全和高原使用做出了突出贡献。
  他,就是空军工程大学等离子体动力学国家级重点实验室和飞机推进系统军队重点实验室主任、专业技术少将李应红教授。

李应红在开展发动机叶片激光冲击强化实验研究

  战机发动机高原起动和监控诊断研究取得突出成就

  1963年,李应红出生于重庆奉节县的山区,艰苦的生活造就了他吃苦耐劳的品格。1978年,15岁的他考入空军工程学院航空发动机专业,很快便因虚心好学、刻苦用功成为学习上的佼佼者。
  那个年代,我国飞机发动机故障诊断主要依靠人的经验判断,准确性差、效率低且费时费力,导致一些战机长期待在“机窝”里。大学期间李应红参加了故障诊断研究,提出采用新兴的模糊数学诊断飞机发动机故障,在老师指导下发表了国内第一篇用模糊数学对航空发动机进行故障论断的研究论文,他们的研究被科学巨匠钱学森先生评价为模糊数学在中国应用有重要影响的成果之一。
  本科毕业时由于部队人才稀缺,空军统一规定本届毕业生不允许报考研究生。再加上院校缺乏青年教师,李应红服从组织安排,走上三尺讲台成了一名普通军校教员,一边教学一边继续从事发动机监控诊断研究。期间,由于深感知识的不足,他申请了三次,最终获准到南京理工大学攻读自动控制理论及应用专业硕士学位。不同专业的学习给李应红的科研发展打下了良好基础,在监控诊断领域,他参与编著的我国第一本航空发动机监控与诊断原理的研究生教材,被多所高校选用;带领学生提出的故障图理论,被誉为具有原创性;出版的《支持向量机的工程应用》一书是我国第一本面向工程应用的支持向量机著作。
  上世纪90年代初,我国引进新一代战机,但发动机故障多、性能调整困难。时任发动机教研室领导的李应红,带领同事们在缺乏技术资料、没有样机参照的条件下,不到半年便改建成某引进发动机试车台,比工业部门修建的试车台早了三年,创造了花费少、建设速度快的奇迹。试车台在该型发动机故障诊断、性能调整、检修等方面发挥了重要作用。此外,李应红领导的故障诊断专家系统和性能调整等研究工作,为我国新一代发动机研制提供了有益借鉴。

李应红(中)指导研究生开展压气机叶栅等离子体流动控制实验


  90年代中期,我国需要在平均海拔4000米以上的青藏高原机场装备使用新型战机,但如同人有高原反应一样,飞机到了高原也有“高原病”。当时从俄罗斯引进的两种新型战机就存在飞机起降速度超过轮胎强度限制、4000米以上禁止放起落架、发动机不能起动和状态监控困难以及飞行模拟器和检测设备缺乏等一系列高原使用问题。引进谈判时我国曾提出高原使用需求,但未获得满足。俄专家认为:发动机高原起动,必须要更大功率起动机。不少人断言,以中国当时的技术水平,短期内研制不出更大功率的起动机,解决问题还为时尚早。
  作为飞机与发动机工程系主任,李应红被任命为先进战机高原作战工程研究技术总负责人,他带领课题组多次奔赴青藏高原,克服无资料、无设备及工作环境恶劣等困难,经过刻苦攻关,完成引进第三代战机高原性能改进、试飞及设备研制,解决了一系列技术难题,用行动回应了外界的质疑。他组织研制的移动式试车系统,在不同海拔高度机场进行发动机试验,克服了没有高原试验设备的困难。他提出的发动机高原起动液压卸压及脉冲调宽升压控制方法,解决了起动机功率下降导致发动机不能起动的关键问题,主持研制的控制器在高原作战训练飞机上批量使用。
  在故障智能诊断研究的基础上,李应红还提出了基于支持向量机和遗传规划的发动机起动建模计算和状态监控预测方法,能通过有限的高原机场实验数据获得发动机起动特性和状态监控规律,还被用于航空发动机起动仿真设计软件研制。先进战机高原作战工程研究成果使我国战机作战范围首次覆盖到青藏高原全边境,李应红也因此获得国家科技进步一等奖,空军专业技术重大贡献一等奖,被中央军委记一等功。
  2008年,他又被确定为国产某型新型战机高原试飞及其配套科研的发动机技术负责人,解决了世界上海拔最高机场发动机起动超温和状态监控诊断问题,提出的起动超温控制方法还解决了我国第一型三代发动机平原地区高温季节起动超温的难题。
  此外,针对航空发动机起动过程建模和状态监控诊断面临的高维大数据量、多分类、多元回归和不完备故障集下的新样本学习难题,李应红提出了“一类一类认识”而非“一对一分类”的覆盖点集机器学习概念,带领学生建立了覆盖机器学习理论,解决了支持向量机只能一对一分类和单一参数预测等问题。该理论用于高原起动建模和监控诊断效果优于支持向量机,被编入美国《数据挖掘与存储百科全书》(第二版)。该书主编评价称:“提出了一种新的数据挖掘学习模式,做出了突出贡献。”2013年,李应红等著《航空发动机的智能诊断、建模与预测方法》在科学出版社出版。

李应红(中)指导研究生开展压气机转子叶尖等离子体流动控制实验

  航空发动机部件激光冲击强化和延寿研究获得突出成果

  改革开放初期,因财力有限,我军一些装备不得不延寿使用。90年代初,我军一批主战飞机因发动机涡轮叶片断裂接连发生事故,数百架正在训练的战机面临停飞危险。90年代中期时,我国四种型号发动机大修日历寿命到期,一批战机将面临无发动机可用的局面。面对部队的需求,李应红果断从监控诊断研究转入航空发动机延寿和预防叶片断裂研究,提出使用寿命可靠分析和训练状态降负荷实施方法,在团队共同努力下将某两型发动机寿命延长了一倍,并解决了涡轮叶片断裂问题。他提出“环境类比决断法”,将四种型号发动机大修期限延长了一倍,保证了部队使用需求,并节约大修经费数亿元。该项成果成功应用于1000多台发动机,李应红也因此获得国家科技进步三等奖。但他并未就此满足:“革命尚未成功,成绩只能代表过去。”带着这样的认识,他又踏上了新的研究征程。