李雪原:新一代坦克背后的“主舵手”
他是让坦克“飞”一般行驶的技术师,他是让无人装备“潜”入矿道的指挥者,他是北京理工大学机械与车辆学院的“最美教师”,他还是2016年茅以升科技奖的获得者之一,他就是李雪原,一个科研型的年轻教师。
文/记者 李晶 编辑 陈永杰
李雪原
北京理工大学机械与车辆学院副教授,硕士生导师。研究方向为无人车总体理论与技术、车辆传动理论与技术、速差转向车辆动力学等,曾获得工信部国防科技进步一等奖两次,二等奖一次。
新一代坦克背后的“主舵手”
2009年的国庆60周年阅兵和纪念抗战胜利70周年阅兵时 ,大批国产新型武器现身,吸引了全球的目光。尤其是新型履带式坦克和8x8轮式装甲车等重器的亮相,彰显出中国战车的进步。而这些战车的传动控制系统部分正是由北京理工大学李雪原团队参与研制的。
李雪原1995年考入北京理工大学,在这个被誉为“红色国防工程师的摇篮”里度过了从本科、硕士研究生,到博士研究生的7年青葱岁月。毕业后,他留校后做了一名老师。
综合传动装置是实现坦克装甲车辆高机动性的核心部件。我国坦克装甲车辆的高水平综合传动装置的研发重任,就落在李雪原所在团队的肩上。他们创建了多自由度高转速宽传动范围多挡变速的方法与技术,实现功率的高效率传递,还大幅度提高了坦克装甲车辆的直驶快速性。
除了履带式的装甲车,轮式装甲车也是李雪原团队的主要研究方向。“8x8轮式装甲车在2009年国庆阅兵的第五方阵,它的变速箱也是我们团队研发的。”担任新型8x8轮式装甲车变速箱主任设计师的李雪原回忆说。这个项目解决了轮式装甲车辆多挡变速中,关于尺寸、重量和使用寿命之间的矛盾,提高变速箱功率密度的同时,还高效地实现了传动效率和可靠性。
多挡变速在汽车领域很常见,是一项普及的技术。但汽车的多挡变速系统在轮式装甲车上却不能适用。轮式装甲车变速有自己的特征,其中的难点在于如何实现高功率密度。所谓功率密度,就是传递的功率与自身体积和重量的比值,这是一个衡量技术水平的重要指标。
“追求传动系统的高功率是一个方面,同时大功率的传动也意味着体积和重量会更大。装甲车自身携带的防护装备已经很重,因而我们追求高效率的同时,也要解决这个‘体重’带来的矛盾。”李雪原幽默地说,“通过压缩等集成化设计方式,在同样功率上,我们把传动系统‘体重’做到了最小。正在做的预研项目已经将功率密度大幅提高了30%~50%。”
不学开车,先开坦克
李雪原的工作围绕研发军车的各种装备和结构开展,在实际操作上也不含糊。早在学生时期,北京理工大学就曾安排他到装甲兵工程学院实习。“那时候还没碰过汽车,直接就开上了坦克”,李雪原笑着说道。一晃十多年的时间,至今这也是同学聚会中最为津津乐道的话题。
“我们当时开的是59式的坦克。因为是手动挡,需要踩刹车、踩离合配合操作,要使很大力气才能换挡;转向也不是方向盘,就是两个拉杆。开起来也就是30到40公里,但坐在这个大家伙里,这样的速度足以让人感觉威风凛凛”。
一边要排队等待,一边还要留足为坦克“清洁保养”的时间,其实就算是实习,留给每一个人开坦克的时间也并不多。为了让学生们与坦克有更多亲密接触的机会,也是让学员们更了解坦克构造,于是实习课程中还设置了拆卸坦克的项目。
“没有拆卸真的难以体会这些坦克构造的繁复”,李雪原回忆说, “老坦克采用的是分布式的结构,全部为机械构造。我们会把二级行星转向机搬出来,连摩擦片都全部打开,拆散到零件级别,再复装回去”。
就是在这个一拆一装的过程中,李雪原对坦克有了更深刻的了解。多年后,他承担了为装甲车辆设计无级转向和中心转向的任务,助力我国坦克装甲车辆转向由无源制动式跨越到了有源驱动式,转向半径稳定可控,转向过程无制动滑摩功率损失。相关的高速履带车辆液压及液压复合无级转向理论与技术,在2012年荣获了国防科技进步一等奖。
“实现无级转向后,坦克也采用方向盘转向了。”李雪原介绍说。传统履带车只有两个规定转向半径用于转弯,就像时钟刻度一格一格地跳跃,转弯效果不够流畅。李雪原团队提出并设计了一套双流传动系统,实现了无级转向。所谓“无级”简单说就是无挡位概念,速度随时可调。无级提高了转向性,履带车整体机动性能也有了飞跃。
沉淀一年,重心转向无人平台
2014年,李雪原将科研目标转向了无人平台,目标是搭载武器装备,根本不是给人乘坐使用的。这些无人平台,能够探寻森林环境、高危环境、狭窄通道等。
“在军事上,有人装备和无人装备是不对等的。当一个人面对一架机器时,心理状态肯定是不一样的。军事上对无人平台需求强烈,而且国外军用无人装备已经发展非常快速”。
“我们已经研发出的无人平台个头不大,灵活性却很强,它甚至可以自己爬到桌子上,或者翻越障碍”,李雪原一边用手比划着,一边说道。在陆军装备部组织的跨越险阻比赛中,他们的无人平台展现了超强的越野机动性能,获得第八名的佳绩。
作为科研型的教师岗位,在科研之外,李雪原还要承担起教学的任务。而这个任务,他同样完成得尤为出色。他为本科段学生主讲的“坦克学(原理部分)”被评为国家精品课程,学生们还将他评为北京理工大学机械与车辆学院“最美教师”,北京理工大学第十一届我爱我师“我最喜爱的专业课教师”。
极寒测试期赶飞机回归家庭
“我们的科研测试其中包括‘寒区测试’和‘热区测试’,也就是最冷的季节到东北的极寒地区,最热的季节到福建的极热地带去进行实地测试”,李雪原说。这个极寒地区最低温时能达到零下40多度,室外环境下包裹严实到只留个能看到的缝隙,稍不留神就会冻伤;极热的地区更是难熬,一动就是一身汗,热得要脱一层皮。
2006年在外地测试期间,李雪原接到家里的电话,原本还有一个月才到预产期的爱人出现早产预兆,已经住进了医院。撂下电话,李雪原就奔向了机场。他回京的第二天,儿子呱呱坠地。他终于没有错过人生这个最幸福、最值得回味的时刻。
如今儿子已经上五年级了,李雪原和爱人却各自在教学岗位上忙碌着,一个在科研路上奋斗,一个带着中考的学子冲刺。“我们做家长真的不够称职,多亏了家中老人。他们全力支持我们追求事业,自己却付出很多”,李雪原歉疚地如是说。
不过,儿子对李雪原的事业也兴趣盎然,还吵着和他一起“研究”无人设备。少有的闲暇时间,李雪原就带着儿子一起设计小项目,后来干脆是让儿子自己发挥,有了问题他再给些指导。今年,儿子自创的小作品在学校参评中,获得了一等奖。
在这个没有寒暑假的科研型教师岗位上,李雪原说,自己的目标是全心全力,继续奋斗。