——记教育部“航空发动机安全性与适航”创新团队带头人、中国民航大学校长丁水汀的科教探索

杨 戈  蔡巧玉　　

　　

缘起·国家需求就是我的方向

　　“您在北京航空航天大学（以下简称“北航”）工作了近30年，做过动力学院的院长、航空发动机研究院的院长，怎么会突然选择到中国民航大学当校长了呢？！”5年来，丁水汀不止一次面对这个问题。他的回答也很明确，整件事的缘起和航空发动机的安全性与适航技术息息相关。

　　丁水汀总会想起1994年发表的那篇《旋转盘腔冷却问题的工程评价》，那是他的第一篇将流动传热与结构安全结合起来的论文，冥冥中埋下了一颗种子。此后，他开始在航空发动机旋转换热领域崭露头角，一路成长为领军专家，被业界称为领域的北航“三剑客”之一。直到2008年发生的一件事，促使他将关注的目光从已颇有成就的航发热防护转向了安全性与适航技术，那就是中法联合研制某型航空发动机项目——中国首次以“对等合作、共享知识产权”模式参与国际航空发动机研制，但在合作过程中，安全性与适航技术成了一只“拦路虎”。

　　谈判桌上的平等地位，还需要背后的硬核技术支撑。然而，当时发动机的安全性与适航技术在国内几乎是空白，别说设计工具和符合性方法，就连基本概念内涵都没有定论。

　　“国家需求就是我们的研究方向，不管多难都得啃下这块硬骨头”，为此，一腔热血的丁水汀承担了这个艰巨任务，走出自己的舒适区，开启了航空发动机复杂系统安全性与适航技术领域的攻坚之旅。“遇山开山、遇水搭桥”，一路走来，很多“第一”都与他的执着创新有关——创办第一个适航技术与管理本科专业，设置第一批适航技术二级学科博士点，培养出国内第一个适航领域的博士，出版航空发动机安全性与适航领域的第一部专著，提出第一个军机适航六要素审查方法，开发第一款限寿件寿命期失效概率软件打破封锁，支撑第一个全自主民用涡轴发动机取得适航证，研制第一个机载组合动力系统列装先进战机，第一次在国际民航组织创新大会发出构建下一代适航规章的中国声音……从概念到标准，从追赶到超越，丁水汀的工作贯穿中国航空发动机安全性与适航技术从无到有的发展历程，不断推动“中国标准”走向国际舞台。

　　“十四五”以来，中国民航进入国产装备导入期、领先创新起步期、战略博弈加剧期“三期叠加”的历史机遇期，航空运输业与航空制造业的“两业融合”成为时代特征。2020年年底，丁水汀响应建设民航强国的召唤，来到了中国民航大学这个代表民航科技创新和人才培养的头部高校，决心将北航的自主研发优势和民航大的规章标准优势结合起来，更好地为民航标准国际话语权的争夺注入新动能。

　　航空发动机是国家科技实力的象征。丁水汀的科研人生，不仅是一位航空科技工作者的成长史，更是中国航空发动机安全性与适航从追赶到并跑，再逐步到领跑的破局之路。在丁水汀看来，后发优势给了中国航空另辟蹊径、引领发展的机遇。在他的带领下，中国航空发动机安全性与适航技术正朝着更高的目标风雨兼程。

必须闯出一条自己的路

　　2008年的中国发生了许多令人瞩目的大事件，比如北京奥运、汶川地震、中国航天员首次实施空间出舱活动，等等。在中国的航空工业界，同样发生了一件具有里程碑意义的大事——“中国商飞”正式成立，这被丁水汀视为“中国民用航空工业进入自立自强阶段的开始”。

　　这一年也正是中法联合研制某型航空发动机项目的关键节点，对于航空业来说，安全是头等大事。适航技术是民机取证、军机安全性提升的关键，是确保飞行安全的基础。适航规章是民用航空产品安全性的核心保障，是民航强国、航空强国的重要标志。由于我国民用航空发动机研制起步较晚，中国未能参与适航规章的制定，更缺乏自主的符合性验证方法，便难以在国际合作中争取到平等话语权。

　　合作中，法方提出适航验证采用欧美适航体系的标准和工具。“‘欧美适航体系’短短的6个字，背后蕴含的内涵可太多了。”丁水汀意识到，欧美适航规章是用空难和鲜血写成的“安全圣经”，但对中国而言，这不仅是技术壁垒，更是话语权的枷锁。

　　“破解欧美规章就等于让他们过往的失败成为我们的成功之母，避免在一块石头上重复摔跤。但我们只是全文翻译了人家的规章而已，具体多少沟沟坎坎并没有经历过。”丁水汀清楚，我们不能总用别人的尺子量自己的身高，那结果就永远由对方定义。在此前很长一段时间里，在飞行器安全性与适航技术的发展中，我国备受西方国家的技术封锁，一度只能跟在西方国家的后面亦步亦趋。这种被人卡住脖子的感觉让丁水汀如坐针毡，他站在更高的维度思考，从国家的发展、国际博弈和整个航空工业的发展进程而言，逐步破解适航技术密码已经成为刻不容缓的工作。丁水汀扪心自问，“民航是高度国际化的行业，我们在吃透西方发达国家的适航标准和工具的同时，能否直面全球共同的装备安全问题，结合后发国家的国情提出下一代适航规章的中国方案呢？”

　　“我们需要闯出属于自己的一条路。”就是从这一刻起，丁水汀正式掘下了航空发动机安全性与适航技术研究的“第一铲土”。他的团队也获得了工信部民机科研专项第一个关于航空发动机FAR33部规章研究的重大课题，他的这一决心和行动，不仅形成了国际合作项目的适航技术路线，更成为中国航空适航技术从依附到自主的重要转折点。

　　然而，在2008年，中国在航空发动机适航规章体系方面几乎还是一片荒漠，安全性适航这个学科领域在当时国内高校也是“无人区”。航空器适航研究需要跨学科的综合能力，而中国在适航领域的人才储备严重不足。丁水汀明白，缺乏系统化的适航人才培养体系，便难以支撑国际合作的需求和独立自主的发展。

　　“千里之行，始于足下”，在北航的支持下，丁水汀从零起步，创建了国内首个适航技术与管理本科专业，逐步形成本-硕-博培养体系，意在填补国内适航人才培养的空白，培养出一支专注于航空装备的安全性、适航技术及系统安全研究，致力于推动下一代国际适航体系中国方案建立与发展的顶尖科研团队。他结合多年的理论研究和工程实践，出版国内在这一领域的首部专著《航空发动机安全性设计导论》，成为我国航空发动机研制单位设计人员及民航适航审定人员的工具书，也成为高等院校航空发动机和适航专业的教材，为学科体系建立提供了理论支撑。

　　从0到1的路程，起步阶段是最艰难的。作为国内最早从事发动机安全性和适航技术与管理研究的一批人，在丁水汀的带领下，团队从一张白纸开始绘制蓝图。那些日子里，实验室里的灯光常常亮至深夜。学生们围坐在丁水汀周围，听他讲述适航技术的中国突围路径。“适航不是照抄外国标准，而是要在第一性原理下建立符合中国国情的技术体系”，这句话，成为无数航空学子的精神坐标。

　　但在当时，国内航空业内还有很多人并不了解和重视适航体系的建设，甚至认为“适航是管理不是技术，更谈不上学科和专业”。为了让更多人了解和认识到这一领域的重要性，丁水汀倾注了一腔心血，四处奔走相呼，穷尽每一种可能，重视推动学科前进的每一小步。

　　2009年，丁水汀发起并作为大会组委会主席在北京召开首届航空器适航技术与管理国际会议（ISAA），以《满足适航规章要求的航空发动机设计》为题作大会报告。后续ISAA每两年一届，成为由国内外高等学校、研究机构、民航局、工业界共同参与的颇具特色的国际品牌会议。每次会议，丁水汀都会作大会报告并介绍中国适航技术的最新进展，扩大国际影响力的同时也逐步凝聚了国内共识。有趣的是，他提出的影响未来航空发动机安全性水平提升的复杂系统强瞬变、强耦合、强整体、强非线性的“四强”因素，翻译成的中式英语“4 strong factors”简称“4S”，竟成了国际同行交流的术语。

　　丁水汀走进了无人区，成为国内这个领域的先驱者和探路人。但是这个探路人并不好当，一路摸索着跌跌撞撞向前走。为了置之死地而后生，他不再申请原来自己舒适区的课题。从2008年到2011年这最初的3年时间是丁水汀压力最大的一段日子，“3年里只拿到工信部一个课题，依靠这个课题带领着大家在第一线摸爬滚打撑过最初的艰难时刻”。支撑他和团队日复一日奋斗的，是科研人朴素的信念，除了探究万物的好奇心，还有一股为国分忧的使命感。“中国自主的发动机安全性和适航技术，如果没人去选择突围，永远是一片空白。”

　　随着研究的深入，丁水汀参与了由尹泽勇院士牵头的中国工程院战略咨询项目研究，提出了建立国家自主适航规章的构想，并基于这一构想发展成下一代国际规章的中国方案。他依然强调：“我们不能简单地照搬国外的规章，必须瞄准下一代规章的需求并根据中国的实际情况进行调整和优化。”

　　丁水汀始终遵从第一性原理进行创新。他认为，只有深入理解事物的本质和内在规律，才能找到解决问题的关键所在。因此，在航空发动机安全性与适航研究中，他始终坚持从基础理论出发，从底层逻辑出发，不断探索新的技术路径和方法，提出了航空发动机自主适航的顶层架构。这一架构不仅涵盖了适航规章、技术标准，还包括了适航验证方法和工具链。

　　在面对如何提高发动机限寿件安全性水平这一全球共同面对的核心问题时，丁水汀带领团队做足了“功课”。限寿件是指发动机中“其原发失效可能导致危害性发动机后果的转子和主要静子结构件”，包括盘、轴等部件。正因为这些部件的完整性对飞行安全极其重要，对这些部件必须进行寿命设计、制造控制和部件寿命期内的全面管理，世界各国民航管理部门都在适航条例中做出了寿命控制的相关规定。

　　欧美基于数十年海量数据建立起缺陷概率模型，形成了限寿件失效风险评估方法和规章的垄断。当时美国西南研究院研发的达尔文（DARWIN）软件卖给中国不仅要价奇高并且设置各种壁垒，比如缺乏基础数据库，用丁水汀的形象比喻就是“卖你枪却不卖子弹”。

　　“作为关键的核心软件，被国外垄断就等于卡住了中国航空工业发展的脖子。”丁水汀敏锐地意识到发展我国限寿件寿命期概率失效风险评估自主软件的迫切性，他决心走出一条自主知识产权的路径。但立志容易成志难。限寿件评估软件专业性强、研发难度大，国际上同类软件一般需要近10年持续不断的投入和积累。而当时国内研发经验不足和关键技术资料缺乏，成为横亘在团队面前的道道难题。

　　然而，丁水汀带领团队成员没有退缩，持续进行技术攻坚创新。大家就在干中学，在学中干，谁都没有动摇前进的信心和步伐。面对一个又一个复杂的程序，日复一日的测试，不能出分毫差错，一个小小的错误，很可能需要花费一个月甚至更长的时间校验纠正。在这种背景下，他与团队不断完善和迭代，用两年时间解决了我国限寿件设计中无初始数据曲线可用的难题，突破了单纯依据历史数据建立缺陷分布曲线传统方法的限制，也解决了我国限寿件安全性设计与制造工艺分离问题。

　　丁水汀团队自主开发的这套核心代码2万余行的限寿件寿命期失效概率风险评估软件普利斯（PLEAS）与美国同类软件达尔文相比，兼容其功能的同时能够识别过渡过程的特殊风险，通过算法优化，实现了同等精度情况下计算效率两个数量级的提升。这个突破不仅意味着我国审定工具的自给自足，更重塑了行业信心。适航审定部门拿着普利斯出具的报告，第一次在国际合作中挺直腰板，项目成果直接应用于我国首个国际联合研制发动机的适航验证，也在之后自主研制的涡轴发动机、涡扇发动机等在研型号中得到推广应用。

　　另一个更大的难题是危险载荷的捕捉。空气系统是航空发动机安全性保障的“第一道防线”，也是“最后一道防线”。国外的商用软件都无法达到安全分析所需的时空分辨率，这不是一个靠修补能解决的难题，必须从源头建立全流域的瞬变空气系统模型和软件工具，是对我国自主研制发动机的重大考验。丁水汀并没有选择跟随国外推进面向对象的仿真软件（PROOSIS）等技术路线，而是摒弃传统思路，带领团队成员另辟蹊径，突破了“部件法”与“网络法”跨时空耦合的维度缩放、时域协同难题，首次实现了发动机过渡态部件法性能模型与整机网络法瞬态空气系统完整模型的直接耦合，解决了国外同类软件对空气系统网络进行部件化、集总简化而降低空间分辨率的固有缺陷。丁水汀团队不仅将整机零维模型的时空分辨率大幅度提高了两个数量级，而且与国内现有总体性能与空气系统仿真工具充分兼容，充分利用国内现有的主流道部件特性和空气系统元件特性数据，开创了航空发动机全流域一体化仿真技术新路线，历经了基础实验和多个型号研制实验的考核，在核心技术能力上实现了对国外同类技术工具的超越。

　　随着团队接连解决型号研制和适航审定中的一个个难题，团队的技术能力也在不断提升。丁水汀的执着打动了很多人，质疑声少了，支持的人多了。航空报国的梦想让大家凝聚在一起，用技术创新推动着我国航空适航技术与管理事业的发展，实践着科技兴国的使命。

　　当六代机的需求提上日程，丁水汀再次展现出战略眼光。“超前探索、领先创新、夯实基础、支撑发展，这个顺序不能变，只有瞄准六代的需求创新工具才能更好地解决四代的工程问题。”他用自主研制的软件，瞄准六代机需求，摒弃了美国追求高涡轮前温度的变循环方案，开辟了高通流能力、双变循环新路径，获得工信部等四部委联合批准立项，牵引国内外152个优势团队、近3000名青年骨干人才联合攻关，成功研制的“双变”循环发动机电子样机，技术原创、跨代优势明显。他的团队也成为国家多个重点型号的“技术支撑团队”和“联合设计团队”，利用自主研发的技术工具与一线研制紧密结合，取得了从零部件到整机的多项实际应用成果，实现了安全性水平和整机性能平衡双提升。

　　这些成果改变的不仅仅是教科书和纪录簿，还改变着中国航空科技界同人的内心评价标准。用论文能不能发表在学术顶刊上为标准定义成果的水平是一种思维惯性，但丁水汀和他的团队给大家展现了一个新视角，好论文固然要发表，但你得做出真正有重大科学意义和工程价值的实际工作，把成果写在祖国蓝天上更重要，但这确实需要时间的考验。

培养人才是最大的课题

　　随着中国航空运输量排名世界第二，中国自主的航空制造业也发展起来。今日中国及中国航空，正处在“由大向强”的关键一跃。但这是一条布满荆棘的破局之路，也是一条充满博弈的竞进之路。

　　丁水汀强调，在“三期叠加”的背景下，人才培养、科学研究、成果转化的范式必须创新，“航空制造业和运输业的融合，是转型升级的关键”。

　　2020年年底，为了推动民航业的持续健康发展，中国民航局决定选拔一位具有深厚航空科研背景和丰富管理经验的专家担任有着“中国民航人才摇篮”之称的中国民航大学的校长。经过慎重考虑和广泛征求意见后，丁水汀被选中担任这一重要职务。这一决定也源于他对“两业融合”的深刻洞察。

　　“两业融合不是选择题，而是必答题！”作为中国民航专业技术人才培养和科技创新的最高学府和基地，为了适应从服务运输业到“两业融合”的转变，丁水汀履新之后，对学校的人才培养理念做了相应的更新，重构了教育、科技、人才一体化发展的大学治理架构，推动了一系列教育改革，促进产、学、研、用融合发展。

　　“过往这些年搞了那么多课题，但只有在课题研究中培养研究生到如何总结课题成果培养更多的人才，才是我最大的课题。”丁水汀的话里充满了对人才的殷殷期盼。“把中国民航大学积累70余年对国外装备运维和国际规章的研究经验，与我国航空制造业的自主创新进行碰撞，一定能产生巨大效应。”丁水汀深知自己肩负的重任，“大学的科研应该走在行业的前面，但不能跑偏了，要始终能让企业看得见，时不时和企业拉拉手，才能发现真问题、解决真问题，而不是纸上谈兵。”在丁水汀眼中，在催生新质生产力过程中才能培养真正的卓越工程师。为此，他积极推动校企合作，为学生提供真刀真枪的实践舞台。

　　在丁水汀看来，大学既要瞄准国际学术前沿，更要结合区域经济发展和国家重大需求，急国家之所急，研国家之所需。

　　在第75届联合国大会上，习近平总书记宣布中国将力争2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”。这一承诺如黄钟大吕，体现出了一个大国的担当。我国既要实现大国承诺，又要摆脱技术发展的“环保枷锁”，航空业自然也承担着义不容辞的重要责任。

　　“逐步淘汰化石燃料已成必然趋势，新型能源体系重塑世界格局。可持续的航空燃料（SAF）是中短期内民航实现‘双碳’目标的首选能源路径。”丁水汀分析。SAF成为全球航空业竞争的新焦点。2030年减少5%的碳强度目标对中国而言是一个巨大的挑战，但丁水汀团队已提前布局“盐碱地能源植物+高效炼制工艺+安全性认证+可持续认证”全自主的系统解决方案，为中国航空绿色燃料的研发提供了新思路。

　　这条新思路的核心还是安全性认证的新方法。与美国标准把SAF作为替代燃料与化石燃料做比较的逻辑不同，他提出将SAF作为航空发动机特殊部件的创新理念，并形成了系列技术方法，纳入了适航管理体系。这一路径可以在保障安全水平的前提下，提高认证效率、降低制备成本，多核驱动负碳航空产业发展。目前这一为SAF发展提供的中国方案已取得了一定突破，丁水汀在蒙特利尔举办的第41届国际民航组织创新大会上作了邀请报告，方案逐步赢得国际同行认可，获批了工信部与欧盟共同支持的中欧替代燃料合作项目支持。

　　“低空经济的发展，核心还是体系安全和基于体系安全的装备安全和适航，大家创新的热情高涨，涌现出成千上万种新构型，原有的审定规章和审定体系亟须用基于系统安全的新规章架构替代。这是一个典型的新质生产力，更是一个中、美、欧竞跑的新赛道。”丁水汀说，“这一新领域的国际适航话语权争夺，我们有理由跑在前面。”

航空路上的坚守与传承

　　“如果没有技术创新的实力和基础，就很难提出让人信服的国际规章中国方案。”在丁水汀看来，中国航空发动机要实现从“跟跑”“并跑”到“领跑”的跨越，重视基础研究和自主研发是必由之路。“无论哪个研究方向，无论哪个研究项目，都要瞄准国际前沿、面向重大战略需求。”

　　丁水汀笃定，一个优秀的团队是学术思想传承和发展的关键。科研团队最宝贵、最值得珍惜的是团队成员具有敢于战胜艰难的勇气，内化于心的百折不挠、完胜不骄的意志，具备长期艰苦奋斗、甘于奉献的精神，力促技术开放、善于协作的专业素养，勇担责任、主动作为的胸怀。在丁水汀看来，自己从来都不是孤军奋战，而是在构建一个“生态系统”，有无数的合作伙伴，大家声气相和，一起完成一项伟大的事业。早在北航期间，丁水汀就特别注重团队精神的培养。他倡导“团结协作、相互扶持、共同提高”的团队精神，鼓励团队成员之间互相学习、互相帮助。在他的带领下，团队形成了良好的工作氛围和科研文化。

　　丁水汀认为，团队每个人的优势和特长各不相同，因此，他特别注重百花齐放，根据团队成员的特点和兴趣进行分工合作。这种方式不仅激发了团队成员的积极性和创造力，也提升了团队的整体实力。

　　在丁水汀的团队里，没有等级高下之分，没有论资排辈，在对科学的探索前人人平等，每个人都拥有绝对的学术自由。“在技术层面，我们时刻都有分歧，都有不同意见。丁老师其实一直鼓励我们保留自己的思想，谁对谁错用数据说话。”团队里的年轻人表示这是一种做科研的幸福感，团队之间的良好沟通与知识共享，使团队凝心聚力，解决起技术问题来更加快捷明朗，也更有利于人才的成长。

　　丁水汀说话办事爽快干脆，举止间有东北人自带的幽默感。工作之余，他喜欢和这些年轻人一起闲谈。你可以把他看作一校之长、重点实验室的学术带头人、“973”项目的首席科学家，但同时他也是前辈、朋友和老大哥。这些特质使得他很受团队里这些90后、00后的欢迎。而在背后，丁水汀也从来不隐藏对这些年轻人的喜爱：“他们初心驱动、不受外界干扰，有闯劲，爱学习，能接受新事物，那股劲头总让我想起自己年轻时候的样子！”

　　“与高手过招，要敢于亮剑。”丁水汀一直坚持着自己的观点，搞航空工业，绝不能仅仅着眼于当前，而要看得更远。他对自己有一个要求，搞任何科研项目，都要带领团队对标国际前沿水平，做到“以高打低”，瞄准的是未来的需求牵引，解决的是现实问题。

　　“宁打一口井，不挖十个坑。”17年的持续深耕，丁水汀同一批有识之士、有志之士用实际行动创造了一个又一个突破。他是一位具有远见卓识和坚定信念的领航者，始终是教育、科技、人才三位一体的践行者，推动我国航空发动机安全性与适航领域不断向前发展；同时，他也是一位具有深厚家国情怀和责任感的教育家，用自己的言传身教培养了一批批优秀的具有国际视野的航空人才，这些人才成为我国航空工业的中坚力量。

　　一转眼，丁水汀执掌中国民航大学已经进入第五个年头，站在中国民航大学的办公室窗前，不远处就是天津滨海国际机场。丁水汀时常眺望机场起降的航班。那些曾经需要“仰视”的适航标准，正被他的团队逐一改写。从发动机到大飞机，从可持续燃料到低空经济，这位航空发动机安全性与适航领域的破局者，正在思考属于中国的航空时代。

　　在丁水汀背后的书架上，他的4本学术专著垒成一道阶梯，第五本《航空发动机空气系统鲁棒性设计》也即将付梓。这本书既是在支撑重点型号研制中的研究总结，又是对国际学术前沿的展望，澄清了一些空气系统领域的模糊认识，系统提出了空气系统鲁棒性设计的基本概念体系，为危险载荷的捕捉提供了理论支撑和软件工具。其中空气系统耦合时变环境下偏差增益失稳机制、空气系统偏差“隔离”拓扑原理、空气系统偏差负反馈鲁棒性增强等概念和理论方法都是首次提出。

　　“这些原创书稿的撰写非常花费时间和精力，但对于从事相关研究的工程师和高校的卓越工程师培养都是大有裨益的，做这件事情很值得。”丁水汀感慨道。他已经构建了一个航空发动机安全性与适航领域的书架计划，随着一批又一批人才的成长，未来5年、10年，也许更长的时间，这个书架一定会被填满。

　　“认准了目标就不要轻易放弃，只管扎扎实实往前走，剩下的就交给时间来看结果。”这是丁水汀最常说的一句话。在他看来，成功是时间的函数，无论身处逆境，还是顺境，坚持到底就有希望。丁水汀说，自己这一生就交给航空发动机事业了，“能干自己喜欢的事，是一辈子最大的幸福”。

　　

专家简介　

　　丁水汀，长江学者特聘教授，现任中国民航大学校长，系统安全领域“973”首席科学家，教育部“航空发动机安全性与适航”创新团队带头人，教育部先进航空发动机协同创新中心首任主任、首席科学家，国家“两机”重大专项基础研究计划标准计量组副组长，天津市第十五届政协委员。航空发动机复杂系统安全及适航技术领域的开拓者和学术带头人，发表论文233篇，授权发明专利56项。先后获得国家技术发明奖二等奖2项、中国航空学会技术发明奖一等奖1项，军队科技进步奖一等奖1项，国防技术发明奖二等奖1项，国防科技进步奖一、二、三等奖等各1项。曾获“民航科技创新领军人才”“北京市百名领军人才”“天津市海河英才行动计划领军人才”“第六届中国航空学会冯如航空科技精英奖”“天津市杰出人才”等荣誉称号，享受国务院政府特殊津贴。