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曹登庆,哈尔滨工业大学航天学院动力学与控制学科教授、博士生导师,主要从事航天器、近空间飞行器、航空发动机等复杂结构的非线性耦合动力学与振动控制方面的研究工作。自2006年归国以来,他不仅在涉及航空航天领域的动力学与控制研究方面取得了诸多开创性的成果,而且为中国航空航天事业培养了一批顶尖的科技人才。
为了进一步了解他的科研与教学情况,本刊记者(简称:记)对曹教授(简称:曹)进行了一次专访。
科研:“我会再接再厉”
记:非常感谢曹教授能在百忙之中抽出时间接受我们采访,希望这不会影响到您其他的工作安排。
曹:不必客气,有什么问题你们可以随便提问。
记:曹教授,我们知道您现在担任哈工大航空学院的飞行器动力学与控制团队责任教授以及动力学与振动控制实验室主任,目前主要从事航天器空间飞行器然后航空发动机、大型发电机等复杂机构与结构的非线性耦合动力学与振动控制方面的研究工作。请问您是从什么时候开始研究的,目前主要取得了哪些成绩?
曹:2006年5月,我结束在英国兰开斯特大学的科研工作回国后,来到哈工大工作。此后,我就开始从事转子系统,包括大型气能发动机组、大型风力发电设备、航空发动机等旋转机械的振动与稳定性问题的一些研究,并在转子轴承的油膜力表征、带叶片盘的转子轴承系统的非线性振动、叶片机匣的碰摩力表征以及双转子系统的复合碰摩等方面都取得了一些成果。关于这方面的研究论文,主要发表在了英国《机械工程师会刊:工程摩擦学》、《摩擦学国际》、英国《声与振动》、美国机械工程师协会的《振动与声学》、《振动与控制》和《国际机械科学》、《振动与冲击》、《力学季刊》、《航空动力学报》等国内外知名学术刊物,同时还包括一些在国内外的学术会议上报告和交流的一些论文。
2008年,我参加了国家自然科学基金重大研究计划“近空间飞行器关键基础科学问题”,并且主持了高超声飞行器非线性耦合动力学与热弹性颤振控制相关的两个培育项目,因此在机翼以及臂板颤振和控制方面也取得一些成果,提出了包含非线性反馈在内的组合控制律,适用于不同飞行速度的递进式控制律,不同程度地提高了颤振的临界速度。这些相关的成果发表在《中国科学》、《非线性动力学》、《国际声与振动杂志》等学术刊物上。
另外,在航天器研究方面,我从2010年开始着手研究航天器的部件以及卫星和火箭之间的隔振问题,包括主动隔振,被动隔振,主被动一体化的减振、隔振问题,同时还主持了相关的减振/隔振的几个项目。从研究思路来说,我们主要是采取了电磁式的隔振器,包括这个现在用的很新的隔振平台技术方面的工作,并且设计了相应的隔振平台,从而获得了比较好的隔振效果。目前,这部分工作还正在开展当中。
实事求是地说,这些年来我们的研究工作虽然已经取得了一些成绩,但有很多工作还需要深入研究,还需要进一步努力,同时还要多跟国内外的同行进行交流。
记:说到学术交流,我们知道您参加过很多国内外专业学术讨论会,并作了很多重要的学术报告,给您印象最深刻哪次会议,会议起到哪些作用?
曹:是的,我确实受邀参加过很多国际会议,在这些国际会议中,我大多担任分会场主席,主持讨论。此外,我自己也组织过相关的国际会议。要说印象最深刻的学术会议,我觉得2012年在北京召开的第23届国际理论与应用力学大会(International Congress of Theoretical and Applied Mechanics,简称ICTAM)作为国际力学界最权威的学术联合体IUTAM组织的最重要的学术大会,自1924年在荷兰代尔夫特市首次举办后,每4年举办1次,迄今已经在世界范围内成功举办了22次。由于IUTAM的权威性,ICTAM大会在国际力学界有着强大的号召力,被誉为国际力学界的“奥林匹克盛会”。由胡海岩院士主持召开。据不完全统计,有来自世界各地的1300多名力学工作者参加了第22届ICTAM大会的学术交流,共收录论文1322篇论文,其中包括来自中国大陆的近200篇论文。因此,从这个角度而言,这个会议能够在我们国家召开,不仅是我国力学界的一次盛举,而且充分体现了近年来中国力学水平的提高,是我们国家力学研究跻身于世界前列的一个表现。
对于这个会议,我的印象非常深刻,这个会议在我们国家召开,应该说对于我国的力学研究,尤其是动力学与控制及其工程应用的研究与发展起到了非常积极的作用。
记:作为哈工大航天学院的教授、博士生导师,您对我国航天事业现状肯定有很深的了解。那么,您认为我国在航天航空领域还有哪些不足?
曹:我从事的是关于航天器结构振动与控制方面一些研究工作,所以还是着重从这个角度来谈一谈吧。应该说,我国近些年在这些领域的研究取得了很大的进步,但是还有很多相关的挑战性的问题,比如大型航天器柔性结构振动对姿态运动、轨道稳定性等的影响,又比如说柔性结构振动与姿轨运动的协调控制器的设计与实现、连接铰间隙带来的非光滑系统动力学与控制问题,都需要深入的研究。
从航空领域来说,涉及大飞机的大展弦比机翼的颤振及其抑制也需要开展仔细地研究。此外,航空发动机转子系统振动问题同样是亟待解决的关键问题之一。
教学:“关键还是要培养学生的独立科研能力和创新能力”
记:作为博士生导师,您最注重对学生哪些方面的培养,目前为止您培养过多少优秀的博士生,他们都在哪些领域为国家做着贡献?
曹:就博士生培养而言,我认为最重要的还是要培养学生的独立进行科研工作的能力,简而言之,就是要着重培养学生的科研创新能力。也就是说,要在科研过程中,培养学生发现问题和解决问题的能力。当然,除了这些,还需要培养学生具备一些与科学研究相关的工作能力。比如说,从问题的提出到申请相应的项目,然后对这个项目进行相应的计划和解决,最后写出相应的科研报告等等,各个方面都需要培养。与此同时,导师还应当关注学生的修为和交流能力,比如说沟通与学术交流方面的能力培养、国际视野的培养等。
基于这些理由,我们会鼓励学生参加相应的国际会议,并且也会派出学生进行联合培养,同时我们因为自己组织过一些国际国内的学术会议,所以我们的学生在这个过程当中,也参与了这样一个国际国内学术会议的组织安排等这样一些工作。应该说,在博士生的培养方面,我们做的工作应该是比较全面的。
我在国外工作的时间比较长,2006年才回国,因此直到2006年我才开始带自己的研究生。迄今为止,已有9人获得了博士学位,他们分别在相关的科研院所和高等院校工作,如涉及航空航天的研究院所、南京理工大学、哈尔滨工程大学等单位。
至于说为国家做出了哪些重要贡献,我想到现在还说不上。不过,从我了解到的情况来说,他们目前都已经在各自的工作岗位上发挥了一些积极的作用。
记:除了在哈工大从事教育工作,您还曾到香港、英国、澳大利亚等海内外进行访问或教学,在这一过程您感觉和国外的教育方面有哪些差别?
曹:这个问题,我可以简单地谈一点自己的看法。1996年和1999年,我在香港理工大学的土木与结构工程系做了一些合作研究,2000―2006年在英国兰开斯特大学物理系,也是做一些合作研究,后来去澳大利亚做了一个短期的访问。通过在这些个国家和地区的合作研究,我本人也确实接触到了一些新的东西,从而了解到国外教学与研究方式跟我们当然有一些区别。
我认为国外的教育跟我们最大的一个区别就是他们更注重启发式的教学,并且更关注学生动手能力的培养,尤其是在研究成果的展示方面,外国的学生具有相当的优势。因为他们从高中、大学、研究生到博士生都一直有相应的展示的机会,都要做相应的研究与交流,还要做相应的报告。所以国外学生在成果展示以及和外界的交流等方面,具有一定的优势。但从另外一个角度来看,我们中国学生的基础更好,更扎实,学的东西也更多一些。
因此,我们经常可以看到这样一种情况,就是中国的学生大概在刚毕业的一两年,如果要和国外的学生去竞争的话,那么在成果展示和交流能力方面可能会稍微差一些,但是一旦我们熟悉了国外学生的研究方法,应该说中国的学生还是很有优势的。
目标:“教学与科研工作应当并举,不可偏废”
记:最后一个问题,就是说在未来您会偏重于教学还是研究?在您的研究领域还会做哪些努力?
曹:作为哈工大这样的研究型大学的教授,我觉得必须既注重教学,也要开展高水平的研究工作,两者应当并举,而不可有所偏废,这也是我的一个努力方向。
至于我今后研究的主要着力点,应该说还是在我从事的航天器动力学与控制、复杂系统动力学与振动控制、非线性动力学这三个方向应该是都会开展相应的一些研究工作。从近期来看,我可能要侧重于大型航天器空间柔性结构的振动控制以及姿态运动的协调控制等方面的工作,这也是我们当前的一个比较重要的研究方向。