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天津大学4项成果获2016年国家科技奖

2017-01-09 点击数:      

瞄准科技前沿 聚焦国家需求 坚持自主创新

天津大学4项成果获2016年国家科技奖

记者 赵习钧

  2017年1月9日,国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行。天津大学4项成果获2016年国家科技奖。其中由天津大学作为第一完成单位获得国家技术发明二等奖两项,参与完成的两项成果均获得国家科技进步二等奖。这也是近年来天津大学首次以第一完成单位身份,在同一年度获得两项国家技术发明奖。

自主创新混合驱动水下航行器“海燕”领先国际

(国家技术发明二等奖获得者王树新教授)

  “海燕”是天津大学自主研发的一种新型混合驱动水下航行器。面向我国深远海战略对小型化水下航行器的迫切需求,针对大深度、长航程与高精度等国际前沿技术,天津大学教授、海洋国家实验室海洋观测与探测联合实验室首席科学家王树新教授团队从基础理论、技术攻关、设计制造、系统集成四个层面开展研究,最终研制成功该混合驱动水下航行器。

  “海燕”是一种以浮力驱动为核心并融合其他驱动方式的小型化新型水下自主航行平台,又称为混合驱动水下滑翔机,具有体积小、重量轻(小于100 kg)、航程远等优点,为实现真正意义上的完全自主观测提供了技术手段。

  “海燕”的研制成功解决了我国相关技术的“有”“无”问题。“海燕”最大下潜深度1514.2m,实现了复杂海洋环境下大深度平稳滑翔运动;推进速度最大可达1.69m/s,1108.4公里实测航点位置平均偏差小于2km;连续航程超过1100km,在“深”、“远”、“精”三方面取得了创新性成果。

  在科技部组织的水下滑翔机南海性能比测中,“海燕”是连续航程最大、航时最长、工作剖面最多的观测系统。成果在中国船舶工业系统、国家海洋局系统、高校等单位的公开采购中标,提供产品十余台套,并成功应用于南海海域环境观测、海域探测等国家重大工程,有力推进了我国海洋观测与探测能力,为维护国家海洋权益做出了重大贡献。

  由于混合驱动水下滑翔机结合了自主水下航行器(AUV)操纵性好、轨迹精度高与传统水下滑翔机性好、续航能力强的优点,“海燕”在海洋环境监测、海洋资源探测领域具有广泛的应用前景。

  美国Armada International(国际军事)杂志2014年10月推出用于海军的水下机器人专刊。天津大学“海燕”水下滑翔机是中国唯一上榜的水下航行器,评价认为:“海燕滑翔机是中国第一台滑翔机,在中国南海北部海域通过了1500米深度测试,创造了中国的航程、深度和耐久性纪录,打破了中国进口的技术限制。”

混合式光纤传感技术 引领光纤传感安全监测科技前沿

(国家技术发明二等奖获得者刘铁根教授)

  传感器技术是基础设施安全监测必不可少的核心技术之一。光纤传感技术作为传感器技术的发展前沿,是国内外发展的战略性新兴产业。由于缺乏高效的传感器技术,很多工程事故未能做到“防患于未然”,因而发明一种高效、稳定、适应性强的新型传感技术成为国家产业发展的迫切需要。

  由天津大学刘铁根教授所在的团队自主研发的混合式光纤传感技术解决了当下光纤传感领域的诸多难题,为保障重大工程项目安全提供了可靠的监测保障。

  据了解,不同的工业产业对传感器有着不同的需求。在电力应用中,传感器需要抗强电磁干扰、电绝缘;在石油化工应用中,传感器需要本身不带电;在航空航天、土木工程应用中,传感器则需要在恶劣环境下长期工作。与常规电测传感器技术相比,光纤传感技术能够从根本上适应上述各类应用环境和工程需求。

  然而,光纤传感技术要真正投入应用,还必须要解决信号解调中的方法单一、长期漂移和响应慢,传感器封装中的交叉敏感、胶粘老化失效和传感灵敏度低,传感组网融合困难等难点问题。

  面对难题,刘铁根教授团队选择迎难而上,终于通过深入研究,实现一系列光纤传感领域的技术突破。高精度、高稳定混合式光纤传感解调技术,恶劣环境下高可靠性光纤多传感器封装技术,多波段混叠式光纤多气体传感技术以及混合式光纤传感组网融合技术。这些技术突破引领了光纤传感安全监测领域技术探索的前沿。

  混合式光纤传感技术近10年来已应用到28项国家航空航天试验及重大关键基础设施工程的安全监测。其在全国电力和石化行业分立式光纤传感市场占有率超过30%,近三年共取得直接经济效益2.4亿元。成功地对多起过热异常进行了预警。2012年,该技术成功对独山子石化分公司50万方罐区温度超过阈值进行报警,将事故隐患消除在初始阶段。

  目前,该项目已获得授权发明专利56项,其中美国专利3项。制定国家军用标准1项。获光纤传感产品测试认证38项。获天津市、教育部和中国仪器仪表学会科学技术奖一等奖各1项,获中国发明专利优秀奖1项。发表学术论文216篇,SCI检索103篇,其中在国际顶级光学工程期刊上发表47篇。鉴定委员会认为“该项研究成果在理论探索、技术研发和工程应用中具有多项创新,总体技术达到国际领先水平”。

聚焦国家需求 两项成果获得国家科技进步二等奖

  在本次大会上,天津大学参与完成的两项成果获得国家科技进步二等奖,其中包括王成山教授为第一完成人的“配电网高可靠性供电关键技术及工程应用”项目,以及练继建教授作为第二完成人的“长距离输水工程水力控制理论与关键技术”项目。两项成果都与国民经济建设紧密结合,特别注重解决国家重点领域、重要支柱产业的技术难题。

  在世界范围内,持续快速发展的大规模配电网供电可靠性提升一直面临四大难题:建设方案的经济性与可靠性协调困难;复杂故障辨识准确率低;快速抢修技术尚未突破;电网侧与用户侧一体化协调控制困难。

  天津大学王成山教授团队与国网天津市电力公司、中国电力科学研究院、国网浙江省电力公司、国电南瑞科技股份有限公司、天津天大求实电力新技术股份有限公司等单位经过近10年的产学研联合攻关,实现了配电网高可靠性供电关键技术的重大突破。创建了多电压级网架协调规划理论和分析方法,开发了配电网建设优化决策系统;提出了复杂故障辨识方法,突破了自适应负荷转供技术,研制了配电自动化系统与关键装备;提出了故障抢修效能动态评估方法,突破了多源信息协同的抢修资源优化调度技术,开发了配电网故障抢修平台;提出了电网侧与用户侧多电源协调供电模式,开发了含分布式电源的配电网运行控制系统,满足了重要用户供电保障需求。项目获授权发明专利43项、软件著作权8项,发表SCI/EI论文65篇。成果经鉴定整体达到国际领先水平。

  长距离输水工程是进行水资源配置的关键手段,我国已建跨流域输水工程达到31座,供水比例高达20%。长距离输水工程水力控制系统具有强非线性、多流态和多约束等特点,调控参数多,不确定性大,累积效应严重;用水需求多变,运行调度复杂,调控难度大。控制不当极易出现爆管、结构物破坏、漫堤溃决和冰害等事故。长距离输水工程的安全调度和运行是保障国家水资源安全的关键。

  天津大学练继建教授课题组与中国水利水电科学研究院、清华大学、长江勘测规划设计研究有限责任公司、武汉大学、南水北调中线干线工程建设管理局等单位联合攻关完成的“长距离输水工程水力控制理论与关键技术”,在国家科技支撑计划等40余项重大科研与咨询项目支持下,历经20余年的工程实践、理论探索和技术创新,建立了复杂长距离输水系统水力仿真与控制理论方法;发明了分段低压输水新技术,揭示了其共振原理,提出了输水单元水流振荡方程及避免水力共振的设计方法,降低管道承压70%-90%;提出了冰期输水冰害防治的控制技术,提高冰期输水能力0%-15%。研究成果已在我国19项大型输水工程中得到应用,惠及人口2.1亿,工程节支增收逾18亿元。