40年打造一颗“强心脏” 浙江理工大学教授朱祖超带领团队突破流体输送及控制关键技术
时间:2024-10-15 19:40 来源:jslgpump.com 作者:利工集团 点击:
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朱祖超讲解流体输送及控制时的技术难点。 通讯员 马丁 摄
作为一名长期研究流体输送及控制技术的专家，浙江理工大学能源与动力工程系教授朱祖超的办公室干净整洁，既没有满墙的专业书，也没有堆积如山的资料。
“现在主要靠它。”朱祖超笑着指了指办公桌上的电脑，又指了指自己的脑袋，“最有用的东西都装在这里。”办公室里最有存在感的，是一张超过两米的长会议桌，这是他与特种流体机械创新团队开展头脑风暴的地方。
今年，朱祖超教授团队主持完成的“复杂多变工况离心泵关键技术及工程应用”项目获2023年度国家科技进步奖二等奖。
“流体的魅力在于，它总能让你意外。”研究了近40年流体，朱祖超依然对具有探索创新性质的项目充满好奇，在他看来，从家用吹风机到航天飞行器，到处都有他们的用武之地，“上天入海都需要一颗‘强心脏’，越了解流体，我们打造的‘心脏’就越坚强。”
上天追星
让火箭发动机更稳定有力
去年7月12日，朱雀二号遥二液氧甲烷运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射升空。朱祖超及其领衔的特种流体机械创新团队，正是助力攻克朱雀二号火箭发动机涡轮泵关键技术的专家团队。
作为运载工具，火箭是太空活动的前提和基础，从某种意义上说火箭发动机的能力有多大，太空探索的舞台就有多大。
“运载火箭的关键在于发动机，发动机的关键在于涡轮泵。涡轮泵是火箭发动机的心脏，也是整个火箭唯一的高速旋转部件。”朱祖超解释说，朱雀二号火箭定位中型液氧甲烷运载火箭，不仅结构复杂而且要适应极端多工况运行环境，还要控制成本，开发难度巨大。
在不到半年的时间里，朱雀二号两次成功发射，标志着它成为全球首款连续发射成功的液氧甲烷运载火箭，其技术状态成熟度和稳定性得到了进一步验证，可靠性达到商业化发射交付要求。
在浙江理工大学PIV实验室里，朱祖超正在指导学生分析实验数据，一些突破灵感就是在这个房间里迸发。
“这个大罐主要是用来往流体里加示踪粒子，每个粒子相当于一个数据追踪器，来追踪流体的运动规律。”朱祖超指着实验室里一个两米多高的不锈钢罐骄傲地说，这里的设备和研究条件已达世界先进水平，通过实验数据分析，他们建立了相关模型，“通过模拟内部流动特性，来分析它对离心泵整体性能有怎样的影响，同时我们还能预测它会怎么发展。”
低轨星座建设是国家战略科技的重要组成部分，对于促进经济发展具有重要意义，这需要低成本高效率的商业运载火箭作为支撑。朱祖超团队与航天公司紧密合作，经过多年联合攻关，突破了涡轮泵多相流动、流体动力设计等多项关键核心技术，该研究成果获得了2022年度浙江省技术发明一等奖和2023年度机械工业技术发明一等奖，填补了国内液氧甲烷液体火箭多项技术空白。
入海探宝
把矿藏安全带回地面
因为需要比较大的试验空间，朱祖超团队的实验室分散在浙江理工大学的校园各处。朱祖超喜欢在各个实验室之间穿行，那是团队一个又一个研究项目攒下的“家当”，也是他们攻克一个又一个科研难题的底气。
朱祖超团队目前拥有专职教师40名，全部具有博士学位，除围绕航空航天、特种船舶等尖端领域的核心技术的自主可控和国产化开展应用基础研究及技术开发应用外，深海采矿也是他们的研究领域之一。
朱祖超从一个塑料桶里拿出两个土豆大小的黑色圆球，圆球互相碰撞，发出如石头撞击般的沉闷声响：“这是多金属结核，是科考船从6000米深海带回来的。”
如何在深海海底采集、运输多金属结核，是朱祖超团队目前正在重点攻克的技术难题。海洋多金属结核主要蕴藏于各大洋5000米至6000米的深海中，其中的金属储量远高于陆地，它们相当于陆地铜矿储量的50倍、锰矿储量的200倍、钴矿储量的3000倍。然而深海作业不仅要承受深层海水的压力和腐蚀，还要抵御复杂的洋流，对技术和装备的要求极高，开采并非易事。
朱祖超身后是一个近两人高的巨大特制玻璃缸，以及一套缩小版的深海采矿水力采集装置，缸底散落着同样的多金属结核。“我们模拟深海作业环境，通过‘水射流’喷射让附着在海底沉积物里的多金属结核漂浮起来，吸进集矿舱里。”他兴奋地说，虽然最终开采方案还未确定，但水力采集方案已经实验证明可行，下一步要解决的是如何完成深海运输。
“我们这一辈人，无非追求两点，一是推动所在科研方向的进步和成果转化；二是在工作中找到自身价值和快乐。”朱祖超说，他的快乐与价值，合二为一。
朱祖超（右）与团队成员讨论课题。 通讯员 马丁 摄
攻关难题
试错实验做了100多次
研究了近40年流体，朱祖超获奖无数，专业论文、著作足以列出长长的书单，但在朱祖超的微信朋友圈里，几乎看不到与这些荣誉相关的内容。
他更愿意分享：跟同行们相聚讨论交流一个学术问题，聊开心了，发张照片；去调研中国最大规模的炼化一体化生产现场，太震撼了，发个九宫格；《国际流体工程》期刊正式获批，发一条朋友圈……他记录的生活日常，完美符合大众对“工科男”的认知。他的研究上天入海，而生活上，用他自己的话说，“出差就是我的旅行”。
朱祖超的爱好不多，但都坚持挺久。2003年初到浙江理工大学任教，他喜欢上了跑步，一跑就是20多年，连出差都要带上跑鞋。朱雀二号已数次在酒泉发射，朱祖超的遗憾之一是没有吹过戈壁滩的风沙，没有在酒泉跑上一圈。那片记录着中国航天一步步向前的土地，见证了无数像朱祖超这样的科学家和航天人的汗水与欢呼。
“有机会得去一次。”朱祖超说，他们团队正配合航天公司研究下一代可重复使用液氧甲烷运载火箭的发动机涡轮泵技术，那又是一个具有探索创新性质的项目，“一旦实现可重复使用，成本将更加可控。”
搞科研有时候就像一场“冒险”，一旦踏上了伟大的旅程，抵达终点的往往是积极乐观而又坚定的人。朱祖超说，他从不害怕失败，因为做过太多次试错实验。曾经为攻克一项关键技术，团队开展了100多次的试错实验，不少成员一度把行军床搬进了实验室，24小时不间断地轮流开展实验和计算分析。
“主动对接国家重大战略需求，服务地区、行业发展，我会带领团队继续为之努力。”朱祖超说，让他感到欣慰的是女儿也热爱流体工程，正在攻读博士学位，“科研事业，始终后继有人”。
朱祖超讲解流体输送及控制时的技术难点。 通讯员 马丁 摄
朱祖超讲解流体输送及控制时的技术难点。 通讯员 马丁 摄
作为一名长期研究流体输送及控制技术的专家，浙江理工大学能源与动力工程系教授朱祖超的办公室干净整洁，既没有满墙的专业书，也没有堆积如山的资料。
“现在主要靠它。”朱祖超笑着指了指办公桌上的电脑，又指了指自己的脑袋，“最有用的东西都装在这里。”办公室里最有存在感的，是一张超过两米的长会议桌，这是他与特种流体机械创新团队开展头脑风暴的地方。
今年，朱祖超教授团队主持完成的“复杂多变工况离心泵关键技术及工程应用”项目获2023年度国家科技进步奖二等奖。
“流体的魅力在于，它总能让你意外。”研究了近40年流体，朱祖超依然对具有探索创新性质的项目充满好奇，在他看来，从家用吹风机到航天飞行器，到处都有他们的用武之地，“上天入海都需要一颗‘强心脏’，越了解流体，我们打造的‘心脏’就越坚强。”
上天追星
让火箭发动机更稳定有力
去年7月12日，朱雀二号遥二液氧甲烷运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射升空。朱祖超及其领衔的特种流体机械创新团队，正是助力攻克朱雀二号火箭发动机涡轮泵关键技术的专家团队。
作为运载工具，火箭是太空活动的前提和基础，从某种意义上说火箭发动机的能力有多大，太空探索的舞台就有多大。
“运载火箭的关键在于发动机，发动机的关键在于涡轮泵。涡轮泵是火箭发动机的心脏，也是整个火箭唯一的高速旋转部件。”朱祖超解释说，朱雀二号火箭定位中型液氧甲烷运载火箭，不仅结构复杂而且要适应极端多工况运行环境，还要控制成本，开发难度巨大。
在不到半年的时间里，朱雀二号两次成功发射，标志着它成为全球首款连续发射成功的液氧甲烷运载火箭，其技术状态成熟度和稳定性得到了进一步验证，可靠性达到商业化发射交付要求。
在浙江理工大学PIV实验室里，朱祖超正在指导学生分析实验数据，一些突破灵感就是在这个房间里迸发。
“这个大罐主要是用来往流体里加示踪粒子，每个粒子相当于一个数据追踪器，来追踪流体的运动规律。”朱祖超指着实验室里一个两米多高的不锈钢罐骄傲地说，这里的设备和研究条件已达世界先进水平，通过实验数据分析，他们建立了相关模型，“通过模拟内部流动特性，来分析它对离心泵整体性能有怎样的影响，同时我们还能预测它会怎么发展。”
低轨星座建设是国家战略科技的重要组成部分，对于促进经济发展具有重要意义，这需要低成本高效率的商业运载火箭作为支撑。朱祖超团队与航天公司紧密合作，经过多年联合攻关，突破了涡轮泵多相流动、流体动力设计等多项关键核心技术，该研究成果获得了2022年度浙江省技术发明一等奖和2023年度机械工业技术发明一等奖，填补了国内液氧甲烷液体火箭多项技术空白。
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把矿藏安全带回地面
因为需要比较大的试验空间，朱祖超团队的实验室分散在浙江理工大学的校园各处。朱祖超喜欢在各个实验室之间穿行，那是团队一个又一个研究项目攒下的“家当”，也是他们攻克一个又一个科研难题的底气。
朱祖超团队目前拥有专职教师40名，全部具有博士学位，除围绕航空航天、特种船舶等尖端领域的核心技术的自主可控和国产化开展应用基础研究及技术开发应用外，深海采矿也是他们的研究领域之一。
朱祖超从一个塑料桶里拿出两个土豆大小的黑色圆球，圆球互相碰撞，发出如石头撞击般的沉闷声响：“这是多金属结核，是科考船从6000米深海带回来的。”
如何在深海海底采集、运输多金属结核，是朱祖超团队目前正在重点攻克的技术难题。海洋多金属结核主要蕴藏于各大洋5000米至6000米的深海中，其中的金属储量远高于陆地，它们相当于陆地铜矿储量的50倍、锰矿储量的200倍、钴矿储量的3000倍。然而深海作业不仅要承受深层海水的压力和腐蚀，还要抵御复杂的洋流，对技术和装备的要求极高，开采并非易事。
朱祖超身后是一个近两人高的巨大特制玻璃缸，以及一套缩小版的深海采矿水力采集装置，缸底散落着同样的多金属结核。“我们模拟深海作业环境，通过‘水射流’喷射让附着在海底沉积物里的多金属结核漂浮起来，吸进集矿舱里。”他兴奋地说，虽然最终开采方案还未确定，但水力采集方案已经实验证明可行，下一步要解决的是如何完成深海运输。
“我们这一辈人，无非追求两点，一是推动所在科研方向的进步和成果转化；二是在工作中找到自身价值和快乐。”朱祖超说，他的快乐与价值，合二为一。
朱祖超（右）与团队成员讨论课题。 通讯员 马丁 摄
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研究了近40年流体，朱祖超获奖无数，专业论文、著作足以列出长长的书单，但在朱祖超的微信朋友圈里，几乎看不到与这些荣誉相关的内容。
他更愿意分享：跟同行们相聚讨论交流一个学术问题，聊开心了，发张照片；去调研中国最大规模的炼化一体化生产现场，太震撼了，发个九宫格；《国际流体工程》期刊正式获批，发一条朋友圈……他记录的生活日常，完美符合大众对“工科男”的认知。他的研究上天入海，而生活上，用他自己的话说，“出差就是我的旅行”。
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