本刊記者 張春壯

韓忠華在工作

他提出了新的cokriging代理模型和分層kriging代理模型理論和算法，均發(fā)表于航空航天領(lǐng)域頂級期刊《AIAA Journal》；他主持研發(fā)了基于代理模型的通用優(yōu)化工具箱“Surro Opt”，其優(yōu)化效率比遺傳算法等可提高1～2量級；他設(shè)計出自然層流超臨界翼型LSC72513和LSC74612，可使跨聲速機翼阻力減小15%；他設(shè)計的9%厚度的新旋翼翼型，其優(yōu)良性能已得到風(fēng)洞試驗驗證；他改進(jìn)了NPU兆瓦級風(fēng)力機翼型族的粗糙度敏感性，并設(shè)計了一族18%～60%厚度的NPU多兆瓦級風(fēng)力機翼型……

他的每一次創(chuàng)新，都于細(xì)節(jié)之處促進(jìn)飛行器性能的提升；他的每一個項目突破，都直擊本領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題。他是孜孜不倦于空氣動力學(xué)領(lǐng)域研究的科技先鋒。

他1996年本科畢業(yè)于位于古城西安的西北工業(yè)大學(xué)，其后在流體力學(xué)專業(yè)獲先后獲得碩士、博士學(xué)位，從此成為廣大航空科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域研究隊伍中平凡的一員，開始了艱苦卓絕的旅程。如今，作為西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師的韓忠華甘當(dāng)人梯，為自己的學(xué)生攀登科學(xué)高峰保駕護(hù)航。

創(chuàng)新引領(lǐng) 實現(xiàn)飛行器設(shè)計的奇思妙想

鳥兒在天空自由地飛翔，這讓行走在地上的人類長久仰望……

藍(lán)天的自由、太空的奧秘、莫測的變幻，人類想知道的太多……

好奇心和創(chuàng)造力，推動了人類對鳥類或彈丸在飛行時受力和力的作用方式的研究，從而產(chǎn)生了流體動力學(xué)。20世紀(jì)以來，隨著航空科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，空氣動力學(xué)從流體動力學(xué)中發(fā)展出來，成為力學(xué)的一個分支?？諝鈩恿W(xué)研究的是，飛行器或其他物體在同空氣作相對運動情況下的受力特性、流動規(guī)律和伴隨發(fā)生的物理化學(xué)變化。飛機系畢業(yè)的韓忠華，將自己定位在了這個領(lǐng)域，并從此開始了在該領(lǐng)域的艱苦跋涉。

高效定常、非定常流動CFD (計算流體力學(xué))數(shù)值模擬方法和主動流動控制是韓忠華博士論文期間做的主要研究方向。這一研究發(fā)展了基于預(yù)處理方法和多重網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的低、亞、跨、超聲速流動的統(tǒng)一數(shù)值求解方法及用于非定常流動計算的全隱式雙時間推進(jìn)方法。他將該方法應(yīng)用于基于合成射流的翼型主動流動控制數(shù)值模擬，并發(fā)現(xiàn)了合成射流動量系數(shù)一般必須在0.001以上，射流偏角在45度以下才能獲得較顯著流動分離控制效果的規(guī)律。

空氣動力學(xué)代理模型理論、算法及應(yīng)用是韓忠華在德國留學(xué)期間開展的一項新的研究。他先后提出了梯度增強kriging模型、co-Kriging模型、分層kriging模型等一系列代理模型新理論和方法。通過引入梯度信息，他發(fā)展了一種梯度增強的Kriging模型，提高了Kriging模型的精度和建立代理模型的效率。他將統(tǒng)計學(xué)co-Kriging模型推廣到航空領(lǐng)域的計算機數(shù)值模擬實驗中，發(fā)展了一種新的變可信度的代理模型。他還提出了分層Kriging模型理論和算法，改善了傳統(tǒng)變可信度模型的魯棒性和不確定度估計。同時，韓忠華還發(fā)展了基于Kriging模型的飛機壓力分布的氣動數(shù)據(jù)插值方法以及CFD數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)的融合方法。代理模型工具箱 (rsm toolbox) 和變可信度模型工具箱 (vfm toolbox)的開發(fā)和應(yīng)用，也是空氣動力學(xué)代理模型研究的成果之一?？罩锌蛙嚬镜难芯咳藛T已將其成功應(yīng)用到螺旋槳槳盤數(shù)據(jù)插值中，以及超臨界機翼帶增升裝置的氣動荷載預(yù)測；歐洲防務(wù)的研究人員則將其應(yīng)用于無人機氣動數(shù)據(jù)分析，并認(rèn)為“該工具明顯優(yōu)于商業(yè)軟件”。

高效空氣動力學(xué)與多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計理論與算法，是韓忠華2010年回國后所在團(tuán)隊的主攻研究方向之一。傳統(tǒng)的空氣動力學(xué)設(shè)計是一種“試湊法”，強烈依賴于設(shè)計者經(jīng)驗，需要反復(fù)修改外形，直到滿意為止；其缺點是設(shè)計周期長，無法得到最優(yōu)外形。而氣動優(yōu)化設(shè)計是將CFD數(shù)值模擬和優(yōu)化算法相結(jié)合，利用計算機自動獲得滿足性能要求的最優(yōu)外形的一門學(xué)科分支。多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計則是在優(yōu)化過程中，同時考慮多個學(xué)科之間的相互影響，自動找到綜合最優(yōu)的飛行器設(shè)計方案的學(xué)科。氣動和多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計方法的應(yīng)用，將可能改變傳統(tǒng)的飛行器設(shè)計的理念和模式，使飛行器性能有大幅度提升。為了適應(yīng)氣動和多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計研究的需要，韓忠華和他所在團(tuán)隊目前已經(jīng)開發(fā)了一種多目標(biāo)、多約束高效通用優(yōu)化工具箱“Surro Opt”，并發(fā)展了氣動外形參數(shù)化程序“FoilParam”、高質(zhì)量計算網(wǎng)格生成/再生成程序“FoilGrid Gen”、高效CFD計算程序“PMNS2D”等一系列配套工具。未來若干年，韓忠華和他所在研究團(tuán)隊將致力于解決基于高可信度CFD的氣動與多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計理論和算法面臨的一些關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題，力爭將該領(lǐng)域的研究往前扎實推進(jìn)一步。

在韓忠華和他所在的團(tuán)隊里，創(chuàng)新思維活躍，學(xué)術(shù)氣氛濃厚，還開展一些具有原創(chuàng)性的研究。2010年回國后，韓忠華根據(jù)在國外研究期間得到的啟發(fā)，獨立提出了建立基于XML語言的通用氣動數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究方向。經(jīng)過4年多的研究，已經(jīng)突破了基于XML語言的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計、氣動數(shù)據(jù)庫總體框架和集成技術(shù)設(shè)計、基于氣動數(shù)據(jù)庫的快速數(shù)據(jù)插值與優(yōu)化設(shè)計等一系列關(guān)鍵技術(shù)。眾所周知，未來將是數(shù)據(jù)科學(xué)的時代，氣動數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究，將可能成為空氣動力學(xué)研究的一個重要分支。而韓忠華和他所在研究團(tuán)隊正在努力推動這一方面的研究和發(fā)展。

默默堅守 做一流研究

揮戈藍(lán)天，無論是在西北工業(yè)大學(xué)的學(xué)習(xí)、教學(xué)和科研，還是在德國宇航中心（DLR）空氣動力學(xué)與流體技術(shù)研究所4年的實踐，韓忠華從來都是全身心投入，默默堅守。

高效氣動與多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計理論、方法及應(yīng)用，是韓忠華回國后傾入心血最多的研究課題之一。韓忠華意識到，要在該領(lǐng)域開展一流研究，就必須發(fā)展自己的研究工具。然而開發(fā)研究工具周期長，見效慢。韓忠華認(rèn)為，科學(xué)研究是一門需要等待的藝術(shù)，只有默默堅守，才能做出一流研究工作。前后歷時8年時間，韓忠華主持開發(fā)了通用優(yōu)化工具箱“SurroOpt”。經(jīng)過大小幾十種算例測試，表明SurroOpt優(yōu)化效率高(比遺傳算法可提高1～2量級)、全局性好，且具有多目標(biāo)優(yōu)化和并行優(yōu)化的能力。目前，該軟件的開發(fā)得到了商飛上飛院、航空工業(yè)氣動院、北京機電工程研究所等研究所和工業(yè)部門的支持，并應(yīng)用于超臨界翼型、層流翼型、旋翼翼型、風(fēng)力機翼型設(shè)計以及機翼設(shè)計、增升裝置設(shè)計、螺旋槳槳尖形狀優(yōu)化、旋翼和螺旋槳的氣動/聲學(xué)綜合優(yōu)化、運輸機氣動/結(jié)構(gòu)綜合優(yōu)化設(shè)計。

此外，在SurroOpt研發(fā)的基礎(chǔ)上，他們還發(fā)展了基于梯度增強kriging模型的高維氣動優(yōu)化設(shè)計方法以及基于雙EI和分層Kriging模型的變可信度全局優(yōu)化方法等新的氣動優(yōu)化設(shè)計算法。在2015年美國AIAA氣動優(yōu)化設(shè)計研討會中，韓忠華和他所在團(tuán)隊參加了2個翼型減阻優(yōu)化設(shè)計的算例研究，結(jié)果表明所優(yōu)化的翼型阻力小于同行優(yōu)化的翼型。另外，韓忠華還將基于代理模型的優(yōu)化方法應(yīng)用于接近實際民機外形的翼身組合體精細(xì)氣動設(shè)計，結(jié)果表明在40～80個設(shè)計變量的優(yōu)化設(shè)計中，基于代理模型的優(yōu)化外形比采用梯度優(yōu)化算法的優(yōu)化外形的阻力小5 counts；這說明了在精細(xì)氣動優(yōu)化設(shè)計中采用全局優(yōu)化算法的必要性。目前，韓忠華和他的團(tuán)隊仍在默默堅守，潛心研究，力爭開發(fā)出更先進(jìn)、更實用、更高效和更魯棒的氣動優(yōu)化設(shè)計工具。

翼型設(shè)計是空氣動力學(xué)設(shè)計領(lǐng)域的一項基礎(chǔ)研究工作，也是一項非常具有挑戰(zhàn)性的工作。韓忠華自2010年回國后，繼承導(dǎo)師喬志德教授的遺志，夜以繼日地開展翼型的氣動設(shè)計研究。在他的潛心鉆研下，所設(shè)計的自然層流超臨界翼型LSC72513和LSC74612，可以配置在高亞聲速運輸機翼上，用于維持機翼表面50%左右的層流，使機翼阻力減小15%以上。他還參加了旋翼翼型的設(shè)計工作，所設(shè)計的9%厚度新翼型經(jīng)過西北工業(yè)大學(xué)NF-6高速翼型風(fēng)洞試驗驗證具有優(yōu)良性能。此外，在“863”項目的資助下，韓忠華在宋文萍教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊中負(fù)責(zé)NPU兆瓦級風(fēng)力翼型的改進(jìn)設(shè)計和多兆瓦級風(fēng)力機翼型族的設(shè)計研究。經(jīng)過西北工業(yè)大學(xué)NF-3低速翼型風(fēng)洞試驗驗證，表明所設(shè)計的21%和25%厚度改進(jìn)翼型在保持高升力系數(shù)下高升阻比特性的同時，較大幅度改善了最大升力對前緣粗糙度的敏感性。最近，他還設(shè)計了一族18%～60%厚度的多兆瓦級風(fēng)力機翼型，并準(zhǔn)備開展試驗驗證。長期盯著電腦屏幕開展翼型設(shè)計工作，使得他兩只眼睛長時間充滿血絲，但他默默堅守、無怨無悔。

嚴(yán)而不苛 育一流人才

俗語云，千里馬常有，而伯樂不常有。韓忠華樹立了“做一流研究、育一流人才”的堅定信念。在他的眼里，“只有做出一流的研究，才能培養(yǎng)出一流人才”。這么多年，他一直在相關(guān)研究領(lǐng)域不斷追求卓越，不斷實現(xiàn)自我突破，努力踐行著這一理念。

韓忠華和他所在團(tuán)隊，一直堅持“以培養(yǎng)學(xué)生為首先任務(wù)，以學(xué)生全面成長為目標(biāo)”的理念。為此，韓忠華非常注重學(xué)生全方位能力的培養(yǎng)，他除定期開展課題組學(xué)術(shù)討論外，還花大力氣對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，例如“如何做研究”“如何寫論文”“研究生綜合研究能力培養(yǎng)”等專題培訓(xùn)。他在學(xué)術(shù)上對學(xué)生要求非常嚴(yán)格，但其他方面卻努力為學(xué)生打造比較寬松自由的研究環(huán)境。

韓忠華認(rèn)為，“要想做出世界一

【創(chuàng)新之路】Way of Innovation流的研究工作，培養(yǎng)出頂尖人才，不僅需要有一流的研究設(shè)備和軟硬件條件、一流的科學(xué)研究方法和人才培養(yǎng)模式，同時也需要打造一流的研究團(tuán)隊”。從2007年出國開始，韓忠華便有一個夢想，希望能回國后能開創(chuàng)自己的研究事業(yè)。他希望建立一支“氣動與多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化，Aerodynamic and multidisciplinary design optimization”研究團(tuán)隊，并逐漸發(fā)展壯大為實驗室。他的目標(biāo)是：爭取在3—5年時間內(nèi)，可以成為與美國斯坦福大學(xué)“航空宇航設(shè)計實驗室”、美國密歇根大學(xué)“MDO實驗室”、英國謝菲爾德大學(xué)“空氣動力學(xué)團(tuán)隊”、瑞典皇家理工“空氣動力學(xué)團(tuán)隊”以及德國宇航中心氣動所“氣動與多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計研究團(tuán)隊”的并跑者；爭取在5～10年內(nèi)或更長的時間，成為該領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。

馭風(fēng)飛翔，韓忠華的目標(biāo)將不再遙遠(yuǎn)，因為有了這么多人與他并肩前行。