倪海波

相信很多讀者朋友都對(duì)國慶70周年閱兵儀式記憶猶新。此次閱兵儀式上，空中方隊(duì)共出動(dòng)各型飛機(jī)160余架，形成空中護(hù)旗梯隊(duì)、領(lǐng)隊(duì)機(jī)梯隊(duì)、預(yù)警指揮機(jī)梯隊(duì)、海上巡邏梯隊(duì)等12個(gè)空中梯隊(duì)。很多軍迷聚在北京市通州區(qū)果村附近的一座天橋上，拍攝從通州出發(fā)前往天安門廣場參加閱兵的飛機(jī)，直呼“過癮”。

而國慶期間上映的影片《我和我的祖國》中的小故事《護(hù)航》，則以2015年9月3日天安門閱兵以及2017年7月30日朱日和閱兵的歷史事件為背景，向觀眾講述了空軍飛行員肩負(fù)重任背后的默默堅(jiān)守與無悔付出。

事實(shí)上，讓軍迷“過癮”、讓觀眾感動(dòng)的背后，不僅僅是飛行員的默默堅(jiān)守與無悔付出，更凝結(jié)著無數(shù)科技工作者的執(zhí)著、心血、汗水和激情?？梢哉f，近代飛行能力的每一次突破，都與航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展直接相關(guān)。

早在20世紀(jì)50年代，航空發(fā)動(dòng)機(jī)就已經(jīng)享有“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”之稱，從基礎(chǔ)材料、工業(yè)設(shè)計(jì)到工藝方法，幾乎都要達(dá)到工業(yè)中的最高要求。它強(qiáng)，則戰(zhàn)機(jī)強(qiáng)壯靈活；它弱，則戰(zhàn)機(jī)羸弱無力。毫不夸張地說，航空發(fā)動(dòng)機(jī)是保證國家安全、彰顯強(qiáng)國地位的航空武器裝備的“心臟”。

作為我國從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程研究的行業(yè)專家，王兵的工作無疑使這顆“心臟”的跳動(dòng)更加強(qiáng)勁和有力。

“祖國的需要就是我的動(dòng)力”

初見王兵，驚訝于他的年輕和活力。

王兵的科研工作面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)的工作過程，主要開展極端條件下燃燒室的湍流兩相流動(dòng)與燃燒的基礎(chǔ)與工程應(yīng)用研究。他作為課題負(fù)責(zé)人，承擔(dān)了國家科技工程、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等40多項(xiàng)重要科研任務(wù)，在極端條件噴霧燃燒、高速稀薄點(diǎn)火理論以及變推力發(fā)動(dòng)機(jī)等研究中的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方面做出了突出貢獻(xiàn)。主要領(lǐng)域影響包括：“探月工程”落月變推力發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)成果及成功應(yīng)用；姿控發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)理論及成功應(yīng)用；衛(wèi)星通用第二代發(fā)動(dòng)機(jī)推力室關(guān)鍵技術(shù)及成功應(yīng)用；發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不穩(wěn)定性機(jī)理及評(píng)估方法。

拋開面上這些看起來艱深難懂的專業(yè)名詞，現(xiàn)實(shí)中見到的王兵，親切、隨和，接受采訪時(shí)的語速不急不緩、徐徐道來，有種使人安心的溫暖。這位已經(jīng)在清華大學(xué)度過二十幾個(gè)寒暑冬夏的青年學(xué)者，對(duì)自己的母校和所從事的專業(yè)研究有著一份特殊的情感和使命感。

1996年，王兵由河北省唐山市第一中學(xué)考入清華大學(xué)工程力學(xué)系工程熱物理專業(yè)學(xué)習(xí)，2000年7月獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2000年9月保送直接攻讀清華大學(xué)工程力學(xué)系工程熱物理專業(yè)碩博連讀研究生，研究方向?yàn)橥牧魅紵c兩相流體動(dòng)力學(xué)。2003年獲得清華大學(xué)特等獎(jiǎng)學(xué)金，2005年1月畢業(yè)并獲工學(xué)碩士、博士學(xué)位。

博士畢業(yè)后，王兵留在了母校清華大學(xué)工作，不久后，他獲得了德國“洪堡”獎(jiǎng)學(xué)金，赴德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)訪問研究，2年后重新回到清華大學(xué)，工作至今。

當(dāng)時(shí)，正值清華大學(xué)航天航空學(xué)院剛剛成立，王兵所在的工程力學(xué)系從機(jī)械工程學(xué)院劃轉(zhuǎn)航天航空學(xué)院，這也成為王兵選擇自己科研方向的一個(gè)良好契機(jī)：“我希望我能夠進(jìn)入到非常前沿的技術(shù)領(lǐng)域，去契合國家在動(dòng)力領(lǐng)域、新型推進(jìn)方式，乃至新型飛行器等航空航天領(lǐng)域的重大需求。”

很快，機(jī)會(huì)來了，被譽(yù)為“中國航天動(dòng)力之鄉(xiāng)”的中國航天推進(jìn)技術(shù)研究院（中國航天科技集團(tuán)公司第六研究院，以下簡稱“航天六院”）的相關(guān)科研人員看到王兵以往發(fā)表的學(xué)術(shù)文章，認(rèn)為與航天六院以往科研過程中遇到的一些問題相吻合，希望雙方合作進(jìn)行更深一步的研究，這為王兵的科研方向提供了一個(gè)良好開端：“所以，我的研究一直圍繞著動(dòng)力領(lǐng)域里面的一些關(guān)鍵問題，比如液態(tài)燃料怎樣才能霧化得更好，怎樣組織燃燒才能讓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能更好等一系列相關(guān)問題，這也是我們國家確實(shí)需要大力發(fā)展的領(lǐng)域?！?/p>

潛心研究，解決技術(shù)難題

多年來，王兵帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)航空宇航發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室極端條件下兩相流動(dòng)與燃燒，針對(duì)強(qiáng)可壓縮兩相流動(dòng)，超聲速燃燒相關(guān)的混合、著火與火焰?zhèn)鞑ヒ约斑B續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震燃燒穩(wěn)定性等方面開展研究工作，研究成果應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工程問題，截至2019年年底，共發(fā)表學(xué)術(shù)論文180余篇，SCI檢索100篇，論文引用次數(shù)超過500次。

強(qiáng)可壓縮兩相流動(dòng)高精度數(shù)值軟件——解決多項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)難題

受國家科技工程、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持，面向極端以及臨界條件下的兩相流動(dòng)與燃燒問題，特別針對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的高壓噴射過程，王兵帶領(lǐng)課題組完全自主地開發(fā)了強(qiáng)可壓縮兩相流動(dòng)高精度數(shù)值模擬軟件，研究解決了若干關(guān)鍵技術(shù)難題。

針對(duì)含氣液界面的強(qiáng)壓縮兩相流動(dòng)問題，王兵團(tuán)隊(duì)提出適應(yīng)性變模板點(diǎn)WENO-IS的高精度格式，解決了強(qiáng)可壓縮與大密度比界面相互作用模擬中的數(shù)值振蕩問題，基于準(zhǔn)守恒Gama-輸運(yùn)方程的界面捕捉方法結(jié)合界面銳化技術(shù)，耦合廣義的剛性狀態(tài)方程，成功實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒室強(qiáng)可壓縮兩相流動(dòng)高精度數(shù)值模擬。針對(duì)高速發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中廣泛存在的激波與液滴相互作用挑戰(zhàn)性難題，王兵團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)，獲得了液滴初始變形階段的幾何形態(tài)與完整圖譜，精細(xì)描述了液滴內(nèi)部波系時(shí)空演化規(guī)律，完整系統(tǒng)地解釋了液滴曲面反射的膨脹波聚焦導(dǎo)致的局部空化機(jī)理。針對(duì)自擊撞擊霧化問題，王兵團(tuán)隊(duì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)值，揭示出撞擊波的產(chǎn)生機(jī)理及其對(duì)撞擊液膜破碎的作用規(guī)律，建立了關(guān)聯(lián)撞擊噴射幾何參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)的霧化模型。

上述軟件與成果為工程應(yīng)用提供了不可或缺的重要工具和理論指導(dǎo)，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃料噴注結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起到關(guān)鍵作用，目前主要應(yīng)用于兩項(xiàng)工作：一是針對(duì)“探月工程”落月發(fā)動(dòng)機(jī)，集成燃燒模型的研究成果，成功實(shí)現(xiàn)了我國首次研制的針?biāo)ㄊ桨l(fā)動(dòng)機(jī)推力室工作過程的數(shù)值仿真，為推力室選型、推進(jìn)劑匹配以及工作參數(shù)優(yōu)化提供了定量依據(jù)，為我國成功研制大變推力比發(fā)動(dòng)機(jī)做出了重要貢獻(xiàn)。二是基于建立的自燃推進(jìn)劑點(diǎn)火模型，發(fā)展了特殊環(huán)境發(fā)動(dòng)機(jī)在耦合內(nèi)外流條件下完整工作過程的數(shù)值模型，在其首飛前給出了成功點(diǎn)火和穩(wěn)定工作的物理機(jī)制與條件，遙測數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果一致，為某平臺(tái)的首飛成功做出了貢獻(xiàn)。

王兵團(tuán)隊(duì)總結(jié)基礎(chǔ)研究獲得的大量模型、算法和數(shù)據(jù)，完成了30余篇相關(guān)論文，發(fā)表在業(yè)內(nèi)頂級(jí)期刊上，包括Journal of Fluid Mechanics、Physics of Fluids、International Journal of Heat and Mass Transfer和Iternational Journal of Multiphase Flow等期刊，受到了國內(nèi)外同行的積極評(píng)價(jià)，發(fā)表在Journal of Fluid Mechanics、Acta Astronautica、 International Journal of Heat and Mass Transfer、Physics of Fluids、International Journal of Multiphase Flow等多篇論文均引用了王兵的研究成果，肯定了他在強(qiáng)可壓縮兩相流動(dòng)方面的創(chuàng)造性工作。

噴霧燃燒高精度數(shù)值模擬軟件——為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和工具

獲得穩(wěn)定的液霧燃燒是發(fā)動(dòng)機(jī)研制的關(guān)鍵，在國家科技工程、國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，王兵帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完全自主地開發(fā)了一套面向發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)與性能分析的專門軟件：“噴霧燃燒高精度數(shù)值模擬軟件——TURF-Sim”，已獲得軟件著作權(quán)及工程轉(zhuǎn)化。該軟件是我國自產(chǎn)的能夠用于各類真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室多物理過程的高效仿真，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)百億網(wǎng)格規(guī)模、十萬核以上的高效并行計(jì)算，在我國“天河二號(hào)”以及E級(jí)原型計(jì)算機(jī)群上進(jìn)行了完美測試。特別指出該軟件巨大的前處理功能，在面對(duì)真實(shí)復(fù)雜燃燒室構(gòu)型時(shí)，僅需要分鐘量級(jí)的結(jié)構(gòu)體辨識(shí)和網(wǎng)格離散，這為工程應(yīng)用提供了極大便利！

針對(duì)超聲速混合層流動(dòng)，王兵團(tuán)隊(duì)通過數(shù)值仿真，研究了斜激波對(duì)超聲速混合層流動(dòng)的作用規(guī)律，發(fā)現(xiàn)斜激波誘導(dǎo)的斜壓梯度改變了不同方向湍動(dòng)能分配機(jī)制，提高了混合效率。針對(duì)超聲速液霧兩相混合層，王兵團(tuán)隊(duì)基于大尺度渦的時(shí)空演化，系統(tǒng)分析了燃料液霧尺寸和燃料負(fù)載比等參數(shù)對(duì)著火與火焰?zhèn)鞑ミ^程及熄火模式的影響，發(fā)現(xiàn)在大尺度渦的邊緣率先著火，在顆粒彌散、燃料蒸發(fā)、火焰?zhèn)鞑ゼ皵M序結(jié)構(gòu)相互作用下形成了擴(kuò)散和預(yù)混等火焰形態(tài)，并出現(xiàn)了由強(qiáng)拉伸和燃料供給不足等因素導(dǎo)致的多種熄火模式。在氫氣/空氣超音速混合層中，王兵團(tuán)隊(duì)根據(jù)數(shù)值仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)剪切渦團(tuán)預(yù)混氣的著火延遲時(shí)間大于渦脫落時(shí)間時(shí)，會(huì)發(fā)生“局部準(zhǔn)定容燃燒”，從而誘發(fā)燃燒不穩(wěn)定性，首次提出了“第三鄧克爾數(shù)”進(jìn)行表征。

上述研究結(jié)果為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室增混與穩(wěn)燃設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，王兵團(tuán)隊(duì)在Fuel、Journal of Power and Propulsion （AIAA）和International Journal of Hydrogen Energy、Physics of Fluids等國際頂級(jí)期刊發(fā)表論文20余篇。

此外，王兵帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的大渦模擬軟件以及解決的重大技術(shù)難題取得的成績受到了國際學(xué)者與工業(yè)界的高度關(guān)注，在2011年至2019年間，王兵先后4次受到邀請，赴德國參與歐洲跨區(qū)域產(chǎn)學(xué)研重大研究計(jì)劃“未來空間運(yùn)輸系統(tǒng)中力熱高負(fù)荷部件設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)科學(xué)問題”的研究。

揭示旋轉(zhuǎn)爆震燃燒穩(wěn)定性機(jī)理——原理樣機(jī)在實(shí)驗(yàn)室獲得驗(yàn)證

王兵在接受采訪時(shí)介紹，與基于等壓燃燒的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同，連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的熱循環(huán)效率、更加簡單緊湊的結(jié)構(gòu)、更低的氮氧化物排放等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。自2012年以來，王兵就開始帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從事爆震燃燒機(jī)理及連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（CRDE）核心機(jī)研發(fā)相關(guān)的研究工作，在科技創(chuàng)新基金、教育部聯(lián)合人才基金等項(xiàng)目的支持下，開展了包括理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)測試等多個(gè)方面的系統(tǒng)研究。

王兵團(tuán)隊(duì)提出了“連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震與燃燒不穩(wěn)定性本質(zhì)一致性理論”，指導(dǎo)連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)與調(diào)控技術(shù)。針對(duì)氫氣/空氣連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震燃燒，通過一系列的實(shí)驗(yàn)研究，在質(zhì)量流量-當(dāng)量比相空間內(nèi)給出了快速爆燃、不穩(wěn)定爆震、準(zhǔn)穩(wěn)定爆震，據(jù)此提出了穩(wěn)定爆震等四種燃燒模式的完整極限圖，對(duì)確定爆震發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作圖譜具有重要意義，并揭示了快速爆燃模式的熱聲耦合機(jī)制。

同時(shí)，他們還提出了富氧空氣調(diào)控方式，實(shí)現(xiàn)了寬工況范圍的穩(wěn)定連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震，對(duì)可實(shí)現(xiàn)性連續(xù)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)具有重要的應(yīng)用價(jià)值；提出了旋轉(zhuǎn)爆震組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)計(jì)算分析模型，為基于連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)工作提供了重要參考。

針對(duì)煤油-空氣兩相旋轉(zhuǎn)爆震，王兵團(tuán)隊(duì)通過數(shù)值模擬的方法獲得了穩(wěn)定工作的當(dāng)量比、溫度和壓力范圍，提出了煤油裂解方案，為進(jìn)一步開展液態(tài)燃料旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的研制提供技術(shù)參考。

上述工作中的基礎(chǔ)研究成果在Combusiton and Flame、Journal of Fluid Mechanics、Energy、Journal of Power and Propulsion、Proceedings of Combustion Institute等國際期刊上發(fā)表SCI論文20篇，授權(quán)發(fā)明專利10項(xiàng)。王兵的這些研究成果受到國內(nèi)外同行的關(guān)注，他多次受邀在國際燃燒過程大會(huì)、國際爆震推進(jìn)研討會(huì)（IWDP）等國際會(huì)議上作大會(huì)報(bào)告。

2018年9月，王兵擔(dān)任第九屆國際爆震推進(jìn)研討會(huì)（IWDP 2018）的大會(huì)主席。之后，他提出的“基于連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震的組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)”和“一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式”兩項(xiàng)發(fā)明雙雙獲得2018年紐倫堡國際發(fā)明展金獎(jiǎng)，“基于連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震的地面燃?xì)廨啓C(jī)”獲得2018年美國硅谷國際發(fā)明節(jié)金獎(jiǎng)。

王兵在旋轉(zhuǎn)爆震方面的研究也受到了產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，2018年與某科技有限公司簽訂合作協(xié)議，擬建立增壓燃燒技術(shù)中心和爆震渦輪技術(shù)中心，繼續(xù)開展連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作，旨在將這種新型推進(jìn)裝置應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。

注重應(yīng)用，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化

作為工程領(lǐng)域的研究人員，王兵最大的心愿是希望自己的科研成果能夠轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，推動(dòng)我國在該領(lǐng)域的發(fā)展建設(shè)。因此，多年來，在從事實(shí)驗(yàn)室科研開發(fā)工作的同時(shí)，王兵也在致力于科研成果的落地。

推動(dòng)“連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)以及增壓燃燒技術(shù)”轉(zhuǎn)化

上文提到的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室技術(shù)以及增壓燃燒調(diào)控技術(shù)，主要產(chǎn)品是連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以及其衍生的組合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和可重復(fù)使用發(fā)動(dòng)機(jī)。

據(jù)王兵介紹，連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)可承受性。先進(jìn)性體現(xiàn)在自增壓燃燒，這不同于當(dāng)前所有航空發(fā)動(dòng)機(jī)、地面燃機(jī)、其他民用動(dòng)力等所采用的等壓燃燒，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及循環(huán)方式產(chǎn)生了顛覆性的變革。經(jīng)濟(jì)可承受性體現(xiàn)在核心結(jié)構(gòu)部件可適應(yīng)性工作，同時(shí)降低研發(fā)制造和維修支持成本，提高循環(huán)效率以及推進(jìn)效率，并提升燃油經(jīng)濟(jì)性，降低污染物NOx排放與碳排放。

連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震燃燒可應(yīng)用于不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力裝置，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃機(jī)等。用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，可將現(xiàn)有近10級(jí)壓氣機(jī)減為3-4級(jí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最關(guān)鍵指標(biāo)推重比顯著提高。渦輪輸出功率相應(yīng)大幅增加，可與發(fā)電裝置聯(lián)合工作，提供混合動(dòng)力或組合動(dòng)力等變革性推進(jìn)方式。用于地面燃機(jī)時(shí)，可降低天然氣和合成氣（煤化工氣）的發(fā)電成本，提高節(jié)能減排指標(biāo)。用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，大幅降低渦輪泵等惰性質(zhì)量，同等推力量級(jí)能有效提高載荷質(zhì)量。

與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)涵蓋了航空、航天兩個(gè)領(lǐng)域的工作范圍，王兵長期致力于研發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室技術(shù)是產(chǎn)業(yè)鏈中最核心的部件，也是技術(shù)難度最高的部件產(chǎn)品。

以航空發(fā)動(dòng)機(jī)為例，一臺(tái)在用主流的CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)售價(jià)約為1000萬美元；一臺(tái)羅羅公司的Trent900發(fā)動(dòng)機(jī)（新型的）售價(jià)約為3000萬美元；以地面燃機(jī)為例，300MW級(jí)大致為5億元人民幣；20MW級(jí)大概為1000萬元人民幣。用連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室替代現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)或者動(dòng)力裝置的燃燒室，將大幅提高動(dòng)力裝置的性價(jià)比，參考現(xiàn)有產(chǎn)品的價(jià)格將有顯著的性能優(yōu)勢，航空、航天、艦船、高端無人機(jī)等產(chǎn)業(yè)的潛在需求量巨大。

因此，連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室產(chǎn)品在產(chǎn)業(yè)鏈的最頂層，面對(duì)的是每年超過1000億美元規(guī)模的市場：美國正在進(jìn)行先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)的研發(fā)驗(yàn)證項(xiàng)目，重點(diǎn)開發(fā)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)動(dòng)機(jī)“顛覆性”技術(shù)，如美國“經(jīng)濟(jì)可承受的先進(jìn)渦輪技術(shù)”（ATTAM）項(xiàng)目（2016年首次公布），旨在整合與主推進(jìn)、加力、主燃燒和發(fā)電相關(guān)的增壓燃燒技術(shù)。從2015年起美國能源部加大了對(duì)若干所大學(xué)和公司（Aerojet等）在該方面的支持力度，用于發(fā)展新一代地面燃機(jī)。美國Innovative Scientific Solutions Inc.公司當(dāng)前致力于開展連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的成果轉(zhuǎn)化和工程應(yīng)用。俄羅斯于2017年創(chuàng)建的“新能源動(dòng)力公司”和法國的賽峰（空客）、波蘭的航空研究院等都正在大力開展連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)和技術(shù)應(yīng)用工作。

自2012年開始，王兵全身心投入連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)以及增壓燃燒技術(shù)的研發(fā)，他在這一項(xiàng)目上的科學(xué)研究與技術(shù)研發(fā)一直處于國內(nèi)外領(lǐng)先地位，某關(guān)鍵部件技術(shù)具有技術(shù)獨(dú)特性，擁有涉及該發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明專利20余項(xiàng)（清華大學(xué)獨(dú)享專利權(quán)）。王兵帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)具備連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)自主設(shè)計(jì)和技術(shù)研發(fā)能力，掌握了獨(dú)特的噴注與燃燒組織方案，形成了技術(shù)優(yōu)勢和技術(shù)壁壘。

目前，團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火超過1000次，獲得了國家多項(xiàng)基金的資助，王兵應(yīng)邀在第五屆全國爆震與新型推進(jìn)大會(huì)、第六屆和第七屆國際爆震推進(jìn)研討會(huì)、第23屆國際燃燒過程大會(huì)等多個(gè)國際性學(xué)術(shù)活動(dòng)上作報(bào)告，他的成果引起了國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。

讓王兵欣慰的是，隨著項(xiàng)目研究進(jìn)展，越來越多的產(chǎn)業(yè)界開始關(guān)注到這一項(xiàng)目組的研究成果，并陸續(xù)和項(xiàng)目組簽約合作研究項(xiàng)目。目前，已經(jīng)有社會(huì)資本為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)投入研發(fā)資本超過2000萬元，越來越多的橫向產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目也正在落實(shí)中。

加速“連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)”工程轉(zhuǎn)化進(jìn)度

我國在連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震領(lǐng)域的工程轉(zhuǎn)化起步較晚，王兵在從事連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震燃燒機(jī)理與發(fā)動(dòng)機(jī)工程化研制過程中，充分調(diào)研了國際專業(yè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展與比較優(yōu)勢，集聚了國際頂尖科學(xué)家的智慧和經(jīng)驗(yàn)，走出了一條與眾不同的發(fā)展道路，在短短三年內(nèi)就迅速成為國際上舉足輕重的研究力量，他的研究工作先后被美國航天航空年鑒American Aerospace in Review多次報(bào)道。

王兵帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，以氫氣燃料的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震燃燒作為研究切入點(diǎn)，制定了與美國、歐洲不同的研究路線，直接面向工程化迫切需要解決的兩個(gè)關(guān)鍵問題——點(diǎn)火起爆與穩(wěn)定性傳播——開展攻堅(jiān)克難研究工作，通過逾千次的點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)，獲得了基于流量和當(dāng)量比的發(fā)動(dòng)機(jī)工作圖譜，為發(fā)動(dòng)機(jī)的工程化提供了路線圖，并獨(dú)立自主研制出一套實(shí)驗(yàn)室原理樣機(jī)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)測試所必需的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。

在這個(gè)過程中，作為項(xiàng)目的總指揮，王兵邀請到國際頂尖學(xué)者Piotr Wolanski院士作為實(shí)驗(yàn)室的合作顧問，還招收了Wolanski院士指導(dǎo)的研究生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室攻讀博士學(xué)位，并與波蘭華沙理工大學(xué)簽訂了合作協(xié)議，他出色的溝通能力和卓越的領(lǐng)導(dǎo)藝術(shù)，使各方的研究優(yōu)勢在項(xiàng)目中充分發(fā)揮出來。

自2013年起，Wolanski院士每年訪問王兵的實(shí)驗(yàn)室，傳授心得，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作以及一些部件的設(shè)計(jì)。通過與外方學(xué)者的合作，王兵帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷擴(kuò)展研究方向和研究深度，還衍生了在安全防護(hù)領(lǐng)域的兩項(xiàng)中國專利和歐盟專利。

除此之外，王兵團(tuán)隊(duì)多次組織了圍繞“爆震推進(jìn)”為主題的系列學(xué)術(shù)研討會(huì)，來自美國斯坦福大學(xué)、密歇根大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、佐治亞理工大學(xué)、辛辛那提大學(xué)、匹茲堡大學(xué)、波蘭華沙理工大學(xué)、韓國釜山大學(xué)、日本名古屋大學(xué)、日本青山學(xué)院等院校的20余位國際同行先后訪問實(shí)驗(yàn)室，充分探討了爆震推進(jìn)相關(guān)基礎(chǔ)研究的關(guān)鍵點(diǎn)以及未來發(fā)展路徑。國際頂級(jí)專家John Lee教授先后兩次造訪實(shí)驗(yàn)室，共同探討爆震物理基礎(chǔ)研究進(jìn)展。

這些集聚國際優(yōu)勢力量的合作，促進(jìn)王兵帶領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)形成了既博采眾長又獨(dú)具特色的研制道路，敢于攻堅(jiān)克難，取得關(guān)鍵技術(shù)突破。

在此期間，王兵也多次訪問了歐洲ENSMA、普瓦捷大學(xué)、波蘭華沙理工大學(xué)和圖盧茲流體力學(xué)研究所等研究機(jī)構(gòu)，充分了解“國際隊(duì)”的進(jìn)展，捕獲研究靈感，在推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室走向國際、引領(lǐng)國際研究方向等方面做出了實(shí)質(zhì)性工作。

2017年，王兵帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在法國進(jìn)行申辦陳述，獲得了國際同行的一致支持，贏得了2018年在中國舉辦“國際爆震推進(jìn)研討會(huì)”的機(jī)會(huì)，進(jìn)一步提升了實(shí)驗(yàn)室的國際影響力。

2018年7月，在首次舉辦的“美國硅谷國際發(fā)明節(jié)”上，王兵帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)不負(fù)眾望，其提出的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震動(dòng)力系統(tǒng)斬獲金獎(jiǎng)。

言傳身教，關(guān)注學(xué)生成長

從1996年第一次踏入清華大學(xué)的校門，時(shí)光如水，光陰似箭，從本科到碩士、博士，再到留校任教，不知不覺，王兵已經(jīng)在清華園里度過了二十幾個(gè)春秋。

從本科時(shí)代的班長、學(xué)生會(huì)主席，到歷任研究生班黨支部書記、清華大學(xué)研究生會(huì)副主席、清華大學(xué)研究生團(tuán)委副書記、清華大學(xué)博士生報(bào)告團(tuán)團(tuán)長，再到任教后承擔(dān)多門專業(yè)課程的主講老師，王兵一直保持與學(xué)生之間的密切聯(lián)系和接觸。

學(xué)好自己的專業(yè)課程，毋庸置疑是學(xué)生時(shí)代的王兵最重要的任務(wù)。留校任教后，在中國最好的高校里教中國最好的學(xué)生，在這個(gè)從學(xué)生到老師的角色轉(zhuǎn)換過程中，王兵的體會(huì)和感觸有了更高的提升：“首先，在專業(yè)知識(shí)方面，要幫助學(xué)生打好基礎(chǔ)；其次，在實(shí)際能力方面，要鍛煉學(xué)生具備解決國家重大需求或者工程急需前沿問題的能力，也包括創(chuàng)新能力、合作精神等；最后，引導(dǎo)學(xué)生‘發(fā)現(xiàn)自己的興趣，樹立為國家某一個(gè)行業(yè)或某一個(gè)領(lǐng)域貢獻(xiàn)自己力量的志向?！?/p>

留校后，王兵承擔(dān)了“航空宇航推進(jìn)理論”“航空宇航工程全過程設(shè)計(jì)”“發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“火箭發(fā)動(dòng)機(jī)”“航空宇航推進(jìn)的數(shù)值模擬”等專業(yè)核心課程的教學(xué)工作，堅(jiān)持教書育人，承擔(dān)“雙肩挑”的人才培養(yǎng)工作。他先后獲得北京市青年教師教學(xué)基本功大賽三等獎(jiǎng)，清華大學(xué)青年教師教學(xué)大賽一等獎(jiǎng)，清華大學(xué)青年教師教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)，北京市、清華大學(xué)教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)教學(xué)榮譽(yù)和獎(jiǎng)勵(lì)。

作為一名大學(xué)老師，王兵高度重視學(xué)生培養(yǎng)，在課程教學(xué)方面形成了一套獨(dú)特的方法，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。同時(shí)，王兵于2018年出版了由他編著的《航空宇航推進(jìn)理論》教材，受到業(yè)內(nèi)讀者的高度評(píng)價(jià)：“覆蓋的知識(shí)點(diǎn)全面系統(tǒng)，章節(jié)安排清晰合理，航空和航天領(lǐng)域的推進(jìn)理論及系統(tǒng)均有所涉及，并對(duì)前沿技術(shù)進(jìn)行展望。作為航空航天推進(jìn)領(lǐng)域長久以來都非常缺乏的一本全面性教材，尤其推薦推進(jìn)相關(guān)專業(yè)本科生及研究生將其作為教材使用，特別推薦航空航天其他領(lǐng)域的專業(yè)人員將其作為推進(jìn)方面的參考用書?！?/p>

因材施教是王兵在教學(xué)過程中非常關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。他在采訪中說：“對(duì)學(xué)生來講，要引導(dǎo)他們確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，然后根據(jù)學(xué)生樹立的目標(biāo)，盡可能給他們匹配相應(yīng)的資源。”他解釋說，這里的“資源”是指廣義上的資源，比如幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)上的儲(chǔ)備，或者給學(xué)生提供國外實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)修機(jī)會(huì)，或者其他實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐機(jī)會(huì)等，“需要多與學(xué)生交流和互動(dòng)，了解他們的發(fā)展目標(biāo)和想法”。

王兵是這樣想的，也是這樣做的。

在深化教學(xué)內(nèi)容、拓寬國際視野方面，王兵先后在2009年和2015年分別開設(shè)了“航空宇航推進(jìn)理論”和“航空宇航推進(jìn)數(shù)值方法”兩門課程，這兩門課分別以航空宇航科學(xué)研究的數(shù)值方法和基礎(chǔ)理論作為教授目標(biāo)，幫助低年級(jí)研究生開展研究工作打下基礎(chǔ)。在保證掌握基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，王兵瞄準(zhǔn)國際研究前沿，將國際上最新的研究方法和主要結(jié)論深入淺出地展現(xiàn)在課堂上，為此，他在課前精心準(zhǔn)備，自主編寫課程講義并印發(fā)給學(xué)生。此外，王兵還非常注重對(duì)學(xué)生國際視野的培養(yǎng)，在北京國際航展期間，他組織了選課的同學(xué)參加國際航展，了解國際最先進(jìn)的航空航天產(chǎn)品，激發(fā)他們的科研熱情。

在創(chuàng)新教學(xué)方法、鼓勵(lì)動(dòng)手實(shí)踐方面，王兵認(rèn)為，除了保證課程內(nèi)容的“精良”，教學(xué)方法也會(huì)對(duì)課程效果產(chǎn)生顯著的影響：“研究生的培養(yǎng)不能局限于紙面上的知識(shí)，學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)也是十分重要的?！币虼耍醣肿⒅亟虒W(xué)方法的提高和創(chuàng)新。除了課堂上講授航空宇航實(shí)驗(yàn)方法，他還組織學(xué)生深入到實(shí)驗(yàn)室，在高年級(jí)研究生的引導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)帶來的樂趣，激發(fā)學(xué)生的科研興趣。

在團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面，王兵也同樣遵從著“因材施教”“因人而異”的原則。他坦言：“作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，有些老師擅長實(shí)踐動(dòng)手，喜歡帶學(xué)生去做實(shí)驗(yàn)，去解決一些工程項(xiàng)目，還有些老師非常善于做基礎(chǔ)工作，做理論推導(dǎo)。”對(duì)于一個(gè)團(tuán)隊(duì)整體來說，建立起多層次的人員配合，輔以有效的管理方法和機(jī)制體制，凝聚在同一個(gè)目標(biāo)下，才能讓每個(gè)人都充分發(fā)揮出自己的特長。王兵的管理方式使他成功打造出一支精良的科研團(tuán)隊(duì)，也使他更有信心和動(dòng)力去挑戰(zhàn)學(xué)術(shù)理論和應(yīng)用領(lǐng)域的待解難題。

“清華園像是一片蘊(yùn)涵著無窮生機(jī)的森林，這里的陽光雨露使我無論在求學(xué)還是工作的道路上，每一步都吸收到充沛的營養(yǎng)?！蓖醣缡钦f。