中国航天空气动力技术研究院高级工程师谌君谋 遥望星空 绽放梦想.pdf

2024 年第 2 期5中国高新科技TECHNOLOGY TALENT|科研达人中国航天空气动力技术研究院高级工程师谌君谋遥望星空 绽放梦想 文苏祈面，高焓激波风洞可提供较高总温及总压的试验气流环境，具备可模拟真实气体效应影响的能力；另一方面，与其他设备相比，还可以提供与真实飞行环境基本无差别的参数，是进行超高速飞行器气动热环境、气动光学及气动物理等试验的关键设备。谌君谋介绍，可以将激波风洞简单理解为内部有空气流动的管子。连接高压段和低压段的管子发生破裂后，会产生激波。当激波“流向”被驱动段，最终到达被驱动段末端后，就会发生反射，从而产生高温高压的试验气体。一旦气体流过喷管，产生高速的试验气流，就意味着可以在试验段开展相关试验。“可用于高速飞行器、载人飞船、月球返回舱和火星着陆器等试验模拟研究中。”谌君谋说。而高焓激波风洞则是由简单的激波风洞发展而来的。与简单激波风洞相比，高焓激波风洞的驱动技术更加高性能，这样一来，通过增大驱动气体压力、提高驱动气体声速等方式，便可大大增强驱动能力，使高焓激波风洞在激波管产生的入射激波强度更大。近年来，谌君谋积极开展探索高焓激波风洞的试验方法和试验技术，并采用先进试验设备，对试验模型的气动热、光、电、磁等参数进行定量化测量，分析其流动规律，建立相关的物理模型，深入开展高焓流动模拟试验方法和模拟理论的研究。兴趣是谌君谋科研道路上最好的老师。他先后在哈尔滨千百年来，中国人从未停止对浩瀚宇宙的向往与探索。新中国航天事业始于 1956 年，数十年间，几代国家领导人、无数科学家、成千上万奋斗在不同岗位上的科研工作者成功托举起中国航天事业。他们经历了 1992 年中国载人航天工程正式启动的伟大时刻，还在 21 世纪后开启了中国深空探测工程的大门。弹指一挥间，中国在遥远而神秘的太空中，一步步创造出令世界惊叹的“中国速度”与“中国力量”。在我国航天事业逐步开启伟大征程的同时，有一个人被深深鼓舞着，彼时还是小学生的他，却早早在心底埋下了一颗热爱航天的种子，也在脑海里架起了一座通往绚烂天空的桥梁。而那一颗少年时期“好奇”的种子也在日后萌发成他探索未知世界的理想，成为驱动他奋发追求的巨大能量。他就是中国航天空气动力技术研究院高级工程师谌君谋。多年来，他聚焦高温空气动力学，从事激波风洞气动设计、大尺寸自由活塞高焓激波风洞流动环境建立与诊断、内流道设计及流动机理和气动物理等研究工作。迈向崭新天地：从科研中汲取奋进力量随着飞行器速度的不断提高，发展可模拟真实气体效应的地面试验设备，以及开展相关模拟试验方法和理论研究成为必然，高焓激波风洞也随之进入科研工作者的视线。一方 2024 年第 2 期6中国高新科技科研达人|TECHNOLOGY TALENT工程大学、中国航天空气动力技术研究院，完成本科、硕士及博士阶段的学习，积累了丰富的科研经验。在读博期间，加入总工程师陈星、总指挥毕志献带领的团队，从事自由活塞激波高焓激波风洞流动环境建立与诊断的研究。硕士和博士期间，他分别在导师李睿劬研究员、马汉东研究员的指导下，打实了科研基础，还对更多未知的领域产生浓厚兴趣。正因如此，谌君谋在求学期间并不满足埋头于书本，而是积极参加各种社会活动。他在各种学术会议上尽可能创造与同行沟通交流的机会，也在忙里偷闲的时候爬爬山、跑跑步、踢踢球，放松自己。学得越多，走得越远，谌君谋就越想看看更广阔的世界。博士就读期间，他成功申请到国家公派访问学者资格，到英国曼彻斯特大学做了为期一年的访问学者。访学期间，谌君谋对宽域喷管分区分段设计方法展开研究，成功揭示了高温效应、壁面边界层效应对喷管流动作用机制，并将其应用于高焓型面喷管，从而建立了热化学平衡区、非平衡区和冻结区流动的分区分段型线设计方法，进一步解决了热化学非平衡效应带来的流动不均匀这一难题。通过反复试验考证，在总温 8000K 范围内流场皮托压标准差小于 0.4%，比国际同类风洞降低整整一个数量级。此后，该方法又在超声速一体化喷管中得到应用，最终建立了欠膨胀区、消波区和试验区的分区分段设计方法，消除了喷管出口马赫波。经验证，不仅流场均匀性提高 65%，试验均匀区横截面面积也扩大 360%，测量的气动力、力矩和压心的精度更是提高 50%。谌君谋一旦确立方向，从不轻易更改。这些年，他不断钻研，一步步实现着心中的科研理想。对标国际一流：走向更远深空2019 年，结束访学后，谌君谋回到中国航天空气动力技术研究院，开启新的开拓之路。“团队中每个人都各尽其责，发挥出团队的最大效用。”提起团队，谌君谋很满意。目前，他在团队中主要负责高焓流场模拟、诊断和气动物理试验，尽其所能开拓新的研究方向，突破新的关键技术。团队中，每一个人都为打造一支作风优良、能打硬仗的高水平优秀团队倾注了无数心血，同时也获得了回报。一方面，团队针对深空探测和高速飞行器飞行环境模拟需求开展多年攻关。大家为了共同的科研追求，齐心协力，成功研制出具备高总温、高总压、超高速、大尺度等特点的2m 量级自由活塞高焓激波风洞试验系统，突破了重活塞快速释放与安全止停、大型风洞全浮动导轨支撑、毫秒量级超高速流场测量与诊断等一系列关键技术，成功解决了高总温、高总压、超高速的地面试验模拟难题，是目前世界上规模最大的自由活塞激波风洞试验系统，更是形成国家 2m 量级高速风洞核心试验能力的重要平台。另一方面，团队在已完成大尺寸 2m 量级高焓激波风洞主体结构的基础上，继续探索自由活塞高焓激波风洞的运行原理和其中的复杂流动问题。谌君谋经过长期钻研，发现了其中的奥秘。他不但建立了大尺寸自由活塞高焓激波风洞运行模拟的方法，使风洞驱动能量超过了 25MJ，比国际同类风洞提升了 50%；还发展了考虑破膜影响因素、强激波衰减、激波管长度的激波管非平衡运行理论模型，建立起相关函数规律。此外，他找到如何使大尺寸自由活塞激波风洞流动时间延长的关键方法，将风洞有效试验时间由 3ms 提高到10ms；并通过建立毫秒级超高速流场诊断技术，实现了风洞自由流参数的高精度量化。“科研最后都要落到实际生产上，要为生产服务。”谌君谋始终秉持这一观点。在他看来，只有将科研成果转化为实际的生产力，才能真正发挥科研的价值。就在前不久，他提交的项目“一种多种模式运行的自由活塞激波风洞及其应用”，获得“2023 中国海淀高价值专利培育大赛”第一名的好成绩。他从科研中来，也将申请的多项专利带回科研工作中去，成功应用于返回舱模型的地面试验中。他还编写了一种多种模式运行的自由活塞激波风洞，获得第 24 届中国专利优秀奖，得到国家知识产权局和同行的认可和肯定。目前，发表SCI、EI和核心期刊等论文20余篇，申请发明专利60余项。整个团队深知，只有站在时代前沿，引领科技创新，才能发挥科研的最大效用。尽管我国在该领域上还在不断“追赶”，但团队坚信，只要永远奋进在创新的征程上，就会迸发出无限力量。未来，谌君谋仍会和团队并肩前行，继续加强深空探测技术、第二宇宙速度模拟等研究，演奏出属于团队的星空乐章。