路有迹,心无疆

工作。他们针对高增压技术发展所面临的压气机范围窄、涡轮效率低和全工况匹配难等三大技术难点，将航空叶轮机的先进流动控制方法应用于内燃机涡轮增压研究，进行内燃机高增压流动理论与方法创新，通过理论创新促进技术突破和工程应用，可谓“战功”卓著。

在高增压压气机扩稳研究方面，他们揭示了压气机流场匹配扩稳新机理，提出并发展了高增压跨声速压气机非对称控制扩稳技术，实现了我国内燃机增压压气机设计由亚声速到跨声速的技术跨越，解决了传统对称控制扩稳技术在跨声速压气机应用效果差的技术难题，突破了高增压压气机稳定工作范围过窄的关键技术瓶颈。

在高增压涡轮增效研究方面，他们揭示了涡轮脉冲流场整流增效新机制，提出并发展了基于动态来流、减小对排气脉冲敏感性的涡轮设计技术，实现了增压涡轮设计由基于稳态来流向基于动态来流的技术跨越，解决了在内燃机排气脉冲条件下高增压涡轮效率大幅降低的技术难题，突破了高增压涡轮工作效率低的关键技术瓶颈。

在高增压全工况匹配研究方面，他们创建了压气机与涡轮系统通流模型，提出并发展了内燃机增压通流匹配技术，实现了增压系统匹配由零维、单向匹配向一维、耦合匹配的技术跨越，解决了高增压全工况匹配技术难题，突破了内燃机高增压系统工况适应性差的关键技术瓶颈。

这三大技术瓶颈的突破，成功将我国车用内燃机增压水平由3.5提升至4.0以上，有效支撑了水陆两栖等特种车辆的研发。以此为基础，张扬军团队成功研制出多个系列高增压涡轮增压器产品，打破了Honeywell、ABB等国际公司在高增压涡轮增压器领域的市场垄断，并实现了我国涡轮增压器出口与国外大型内燃机和汽车公司进行零部件直接配套“零”的突破。

同时，他们有效解决了内燃机的高原适应性问题，突破了工程机械在“世界第三极”青藏高原地区使用功率严重下降的重大瓶颈，实现了工程机械动力海拔4500米功率下降<5%的世界领先水平。

更为重要的是，这一研究成果打破了国外对通用航空内燃机高增压技术的封锁，可使无人机升限在原来基础上提高5000米以上。而作为通用航空高端产品，高空无人机在气象预测、通讯中继和灾害预测等领域，具有非常广阔的应用前景。

这一成果也获得了国内外广泛赞誉—

高增压流动理论与技术研究成果，被收入中国科技文献出版社出版的《2012—2013工程热物理学科发展报告》，且被中国工程热物理学会在中国科协组织的“2014中国科协学术建设发布会”上作为工程热物理学科的重要进展和成果进行了发布。

美国Honeywell公司在2012年ASME年会的增压研究综述论文中，对张扬军团队的高增压研究进行了高度评价，称其是“国际上首次利用非对称流动控制进行压气机扩稳研究”。

英国帝国理工大学教授Ricardo在第五届泵与风机国际大会作特邀报告时，特别提到“现有传统的设计方法均未能考虑发动机排气脉冲效应的影响”，而张扬军团队“减小敏感性的研究非常有效”。

日本IHI公司也曾表示该团队的高增压流动研究对“内燃机增压研究起到了引领作用”。

同时，高增压研究发表的论文于2010年获得英国J.of Power and Energy杂志的年度最佳论文奖，2012年获美国ASME Tubo Expo的大会最佳论文奖。张扬军还代表中国工程热物理学会，应邀在韩国举行的ISFMFE2012流体机械国际会议上，作高增压研究进展的大会特邀报告。

2014年1月10日，张扬军领衔的研究成果“内燃机全工况高增压关键技术及工程应用”荣获2013年国家科技进步二等奖。他代表团队在人民大会堂受到习近平总书记和李克强总理等党和国家领导人的亲切接见。

如今，他们正依托团队的高增压研究基础和清华大学汽车工程系的电动汽车研究优势，开展电动涡扇发动机的研发。张扬军介绍，电动涡扇推进可应用于无人机和教练机，具有维护简单、安全性高、经济性好、噪声低等优点，飞行一小时的能耗成本还不到传统内燃机动力飞机的十分之一。随着低空空域改革的不断深化和中国通用航空产业环境的不断完善，张扬军认为电动涡扇推进将具有很好的应用前景。

涡轮复合：涡轮增压技术的升级换代

9月末，习近平主席访美中方成果清单刚一公布，就引起了广泛关注，张扬军就是关注者之一。他最关注的是中美双方在清洁能源领域的交流与合作。“……新启动一个提高中载至重载卡车能源效率的技术合作领域……促进高能效卡车的开发及其在两国市场的应用，以显著降低交通运输领域的燃油消耗和温室气体排放。”

张扬军正在攻关的项目恰好就在这个范围内—通过涡轮复合实现发动机余压余热能的动力回收与利用，有效提高内燃机的总能利用率。

交通节能向来是实现节能减排的三大战场之一，内燃机余压余热能利用等交通节能技术更是工业节能和建筑节能的共性关键技术。“现在，内燃机消耗的燃油能量，有60%都以余压余热能的形式排掉了，这是一个非常大的浪费。内燃机余压余热能是一个没有污染的余能资源，如果能够回收利用，哪怕只是一部分，发展空间也是巨大的。”张扬军激动地说。

他正在研究的涡轮复合技术，就是要激活这个余能空间。该技术能够有效利用发动机排气余压余热能，通过动力涡轮将部分能量转化为有效功，提高内燃机燃油经济性、降低二氧化碳排放。它是涡轮增压的升级换代技术，同样是跨行业交叉研究的结晶。通过涡轮复合回收利用发动机余压余热能是内燃机节能减排的新增长点和主要发展方向，也是当代发动机流体力学研究的主要学科前沿问题。

2011年前后，受胡锦涛主席委托，两院（中国工程院和中国科学院）启动了由师昌绪院士任组长、刘大响和徐建中院士任副组长，聚集了50多位两院院士、75位特邀专家的“航空发动机和燃气轮机‘两机’专项”调研工作。作为75位特邀专家之一，张扬军得以与航空发动机领域的院士们一起工作。

北京航空航天大学的陈懋章院士对于他将航空叶轮机领域的先进流体技术跨行业交叉创新应用于汽车内燃机领域非常赞赏，并鼓励他除汽车内燃机领域外，还可进一步拓展应用于船舶和通用航空内燃机等领域。

交流中，他从徐建中院士正在开展的973课题航空发动机对转涡轮研究中得到启示，再结合涡轮复合研究情况，创新提出了内燃机对转涡轮复合新方案，并最终发展了对转涡轮复合新技术。

在“十二五”国家973等课题支持下，张扬军团队从整机循环、系统集成和部件设计三个层次进行了内燃机余能利用涡轮复合技术的研发，已经取得了多项创新成果—

建立了以循环耦合设计参数为变量的涡轮系统通流模型，揭示了涡轮复合气动循环的能量分配效应，提出变几何涡轮复合循环方案，可提高内燃机全工况总能效率。

揭示了两级涡轮系统的流场匹配效应，提出对转涡轮复合系统，可有效提高涡轮系统的总效率。

发展了涡轮发电/传动系统一体化设计方法，通过一体化设计降低涡轮发电机或液力偶合器的转速，提高系统总效率，并有效降低系统成本。

以这些成果为基础，张扬军团队与东风商用车公司等合作，研制出了我国第一台涡轮复合内燃机原理样机。台架测试结果表明，涡轮复合系统可提高总能效率7.8%，优于Volvo、Detroit、Scania等国际公司的涡轮复合技术提高发动机总能效率5%～6%的技术指标。2011年以来，国际上发表SCI和EI检索的内燃机涡轮复合相关论文机构排名中，清华大学（张扬军团队）均名列第一。瑞典皇家理工学院学者2015年在Renewable and Sustainable Energy Reviews上发表的内燃机涡轮复合技术研究综述论文中，详细介绍了张扬军团队的相关研究成果。张扬军应邀在日本举行的AIFMC2015亚洲流体机械国际会议上，就涡轮复合研究进展作大会主题报告。

作为落实《中国制造2025》的重要举措，中国汽车工业协会已经完成了中国汽车行业工业强基重点支持方向的梳理工作。清华大学研发的内燃机涡轮复合系统，作为核心基础零部件被列入了中国汽车行业工业强基的重点支持方向。

当前，团队正在内燃机涡轮复合系统原理样机的基础上进行产品样机开发，力争早日将该项技术实现产业化。

涡轮ORC：新能源利用与能源互联网

电动汽车、电动船舶、电动飞机、分布式发电……这些未来新能源利用科研的发展重点，无一不在能源互联网的建设范畴之内。

采访中，张扬军为我们展望了能源互联网实现后的一个美好场景：

每个建筑上都有微型涡轮ORC（有机朗肯循环）太阳能发电厂，产生的电能通过无线方式传给能源互联网。电动汽车、船舶和飞机等可以通过无线连接方式，随时利用能源互联网充电，成为巨大的储能机构。到那个时候，电动汽车、船舶和飞机等新能源交通工具将成为能源互联网中不可或缺的一部分。

张扬军团队开展的涡轮ORC发电研究，都是在为这个场景的实现加油助力。在国家973等课题支持下，张扬军团队已经在涡轮ORC发电研究方面取得了一定进展。

他们发展了ORC总能优化技术，通过ORC循环热力过程与余热源传热过程的流动综合优化、涡轮膨胀机低比速设计，提高系统总能利用率、降低系统成本。团队核心研究骨干诸葛伟林副教授应邀在韩国举行的AFORE2015亚太可再生能源国际会议上，就涡轮ORC研究进展作大会特邀报告。

他们与湖北武冷集团、中船重工等联合研发了工业及船用110kWORC总能循环发电系统，已分别在山东德州大禹化工和宜昌兴发示范运行。目前正与东风商用车、长江动力、三峡大学等进行车用及建筑太阳能利用5-10kW ORC发电系统的研发。

他们创新性地提出了燃料电池ORC发电新概念。“燃料电池余热ORC发电，通过燃料电池堆冷却极板与ORC系统蒸发器的一体化设计，不仅有效回收利用燃料电池反应热，同时可有效解决燃料电池散热困难的关键瓶颈之一。该项技术若能突破，在新能源汽车、船舶和分布式发电领域，将具有广阔的应用前景。”

十几年来，张扬军从航空走向汽车，又立足汽车面向通用航空、船舶及新能源领域，坚持走跨行业交叉创新之路，始终围绕以流体为工质的能量转换装置—发动机进行研究，并形成了鲜明的研究特色。他嗅觉敏锐，有大局观，总能在不断变换的大环境中，挖掘出自身擅长又适应社会发展趋势的前瞻性研究点，并积极布局、努力突破。无论涡轮增压，还是涡轮ORC，张扬军都是立足实际，面向未来。

张扬军团队在研究过程中对产学研用协同创新发展模式的探索，也可为今后工作的开展提供有益借鉴。

他所领导的发动机流体与增压团队，是由清华大学汽车系、热能系和航院等相关教师组成的跨院系创新团队。该团队有效利用学校相关院系的流体力学学科研究与行业背景优势，按照学校顶层设计和布局，发挥群体效应，进行动力研发及新能源利用等共性流体关键技术的有组织创新研究。

“产学研用合作的关键在于突破产、学、研、用各自为政的壁垒。”在湖北省科技厅和宜昌市委市政府等的支持下，立足于技术发展和行业需求，张扬军团队联合位于武汉的武冷、东风商用车、长江动力，以及位于宜昌的中船重工404厂、三峡大学、宜昌兴发等单位，进行低温余热ORC总能循环发电系统的研发与示范，改变了以往“先有成果，再找企业”的思维模式，探索出一条以需求为牵引、技术为主线、企业为平台、资金为纽带、团队为核心的产学研用融合创新发展模式，实现了产学研用的“无缝链接”，在与企业紧密合作的基础上，实现了科研创新、产品开发和人才培养的三重目标。

在我们身边，有太多张扬军一样默默无闻的科研人员在为美好的未来付出心血。哪怕没有机会亲身感受，但张扬军们依旧全力以赴，因为热爱，因为忠诚，因为值得。

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