未来女科学家计划入选者尹乔之:为每一次飞行,都有最美的降落

发布日期: 2024.06.06

编者按:

2024年4月28日,由中国科协、全国妇联、中国联合国教科文组织全国委员会共同主办的第十九届中国青年女科学家奖颁奖典礼在京举行。

20名女科学家获得第十九届中国青年女科学家奖,5个团队获得第十九届中国青年女科学家奖团队奖,10人入选第八届未来女科学家计划。

20年来,伴随越来越多杰出女科学家的美丽绽放,中国青年女科学家奖在培养、发现、举荐优秀女科技工作者方面发挥了重大作用,为科研领域“她力量”奏响向阳生长的新时代乐章。

十几岁时,尹乔之第一次乘坐飞机。在这个巨大的钢铁家伙肚子里,听着空姐介绍各种安全事项,她感到非常紧张。但当飞机逐渐升上天空,丝滑地穿过白云和气流时,她又觉得非常神奇、非常酷。

十多年后,那个懵懂的小女孩已经成长为一位优秀干练的女科学家。她的研究工作,正是为飞机着陆的瞬间保驾护航。凭借出色的科研成果,她荣获了一系列荣誉,并于近日入选中国青年女科学家奖第八届未来女科学家计划。

“未来女科学家计划”设立于2015年,是联合国教科文组织设立的“世界最具潜力女科学家奖”在中国的发展和延伸,致力于发现和培养处于博士或博士后研究阶段、从事基础科学或生命科学领域研究,具有较强科研能力和发展潜力的女科技工作者。

“得知自己获得这个荣誉时,我感到很意外。”尹乔之笑道,“这项荣誉看重青年女科学家的工作重要性和成长潜力。能被视为科技发展力量的后备军而入选,这让我非常荣幸。”

本土培养 为国效力

尹乔之是个地地道道的南航人。从18岁那年考入南京航空航天大学起,除了曾在英国布里斯托大学联合培养一年外,她一直都在这座熟悉的校园学习、工作。目前她在南京航空航天大学任副教授,主要研究对象之一,就是我们都很熟悉的飞机起落架。

看起来平平无奇的起落架,暗藏许多科学问题:起落架怎样才能安全地收起和放下?以二维还是三维的形式折叠更好?如何尽可能减轻起落架的重量和体积?不同构型的起落架要配备什么样的刹车装置,才能更安全高效地把飞机停下?

这些还只是比较传统的问题。随着人工智能、智能制造的浪潮席卷各行各业,世界各国对起落架的要求也越来越高,越来越“科幻”。

例如,备受关注的自适应下一代飞行器,在各种复杂恶劣的环境中,都能像昆虫调节腿部姿势一样,调整起落架的形态和角度,从而稳定起降。如果突破这项技术,它将在科学考察、抢险救灾等场景中发挥重大作用。

尽管国外已经研制出了类似的起降系统相关产品,但其核心关键技术不可为我们所用,而且这些产品价格非常昂贵,后续保养维护也是一笔巨大的花销。

在这些经历中,尹乔之对那句话有了更深刻的体会:“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。”

自此,她更加珍惜自己的科研工作,希望用自己的所学所长,解决“卡脖子”技术难题,为我国实现高水平科技自立自强添砖加瓦。

尹乔之(左三)和她的团队成员开展无人机起降试验

用最合适的理论,解决工程难题

尹乔之另一项代表性工作,是“飞机起落架滑跑方向稳定性及控制”。

在航空实践中,很多飞机的飞行事故与滑跑起降直接相关,而且往往是机毁人亡的I类事故。

飞机在地面上滑跑时,如果速度过快,或者转弯角度过大,就有可能出现“失稳”的情况,要么原地打转,要么冲出跑道,有些甚至直接翻掉。科研人员需要回答一个问题:在哪些速度和转角的参数组合下,飞机能实现稳定的转弯?

现实场景中,各种参数的组合极其丰富,可能需要花费极长的时间,承担巨大的工作量。即使这样,也不一定能准确找到让飞机稳定滑行的条件域。

更何况,这个领域的实验是极为“奢侈”的。他们的实验对象是各种不同大小、不同形态的样机。在实验中稍有不慎,样机遭到破坏,就会造成巨大损失。不仅如此,这类实验对安全性的要求也非常高:哪怕只是一颗小小的螺丝钉,在高速旋转的过程中意外飞出,都能像一颗子弹般击穿屋顶。

在开展一个实验之前,他们需要做很多准备:首先精心设计实验,在计算机上进行仿真验证后,再撰写实验大纲和方案,方案经专家审核通过后,才能真刀实枪地做实验。

而尹乔之的工作,巧妙地引入了基于非线性分岔理论的数值延拓法,显著提高了计算效率,且能够更为准确地找到非线性系统的稳定域边界和失稳点。这样不仅大大节约了时间成本,还能有效避开那些容易让飞机失稳侧翻的参数组合,从而大大提高了后续仿真实验的效率和安全性。

“这就是工科研究的魅力。数学家和物理学家开辟了许多重要理论,为解决很多领域的关键科学问题奠定了坚实基础。而工科研究者所做的,就是从这些宝藏中找到最合适的理论,去解决真实场景中的问题。”尹乔之说,“我很高兴能通过这些方法,把研究成果应用在国家重点飞机型号的起降系统研发上。”

在科研中绽放女性力量

今年34岁的尹乔之,出生于江苏省南京市一个知识分子家庭。父母一直教育她,女性一定要有一份热爱的事业,无论选择了哪个领域,都要在其中做到最高精尖的地步。

这样成长起来的尹乔之,对自己的女性身份非常接纳、自洽。她相信在绝大多数领域,人与人之间的个体差异远大于性别差异,没有什么事情是女性不能干、做不好的。

因此,十多年前,尹乔之毫不犹豫地选择了自己感兴趣的飞行器设计与工程专业。在男女比例高达6:1的工科班里,尹乔之的成绩一直名列前茅。至今还有很多人认为女生的空间能力天然逊色于男生,可尹乔之在最强调空间想象能力的科目——工程制图上,拿到了99分的好成绩。

今天的尹乔之,继续在自己擅长的工科领域绽放光彩。迄今,她不仅发表了大量优质学术论文,还联合主编并出版了一部工信部“十四五”规划教材,联合出版了一部专著。此外她还申请国家发明专利30余项,获授权18项,获软件著作权2项。除入选未来女科学家计划外,她还曾入选中国科协青年人才托举工程、教育部课程思政教学名师团队。在科研上,她曾荣获国防科学技术进步奖一等奖;在教学上,她曾获江苏省教学成果奖二等奖,指导的学生在多项全国赛事中表现优异。

她坦言,能有这样的成绩,离不开身边人的关怀帮助。包括南航的两位师长——聂宏教授、魏小辉教授,以及在工作生活中遇到的许许多多帮助她更快成长的专家、老师。

当然,她还拥有开明睿智的父母和全力支持自己事业的伴侣,让她能心无旁骛地投身于最热爱的科研事业。

此次入选未来女科学家计划,尹乔之又结识了许多不同领域的优秀女科学家。她说:“我惊讶地看到,无论处于什么年龄、什么领域,大家的科研经历、心路历程都惊人地相似。这些女性都在某个领域内耕耘多年,富有奉献精神和创新精神。我很高兴中国青年女科学家奖为我们搭建了这样一个交流共享的舞台,在这里我学到了很多东西。”

中国科协信息中心 供稿