中国民航大学魏志强:基于激光雷达的飞机尾涡实时反演软件系统 | 10th CAIEC 二等奖获奖人专访10TH CAIEC获奖人专访

中国民航大学魏志强:基于激光雷达的飞机尾涡实时反演软件系统 | 10th CAIEC 二等奖获奖人专访

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中国民航大学是中国民用航空局、天津市人民政府和教育部三方共建高校,是我国空管人才培养的发源地和主力军、空管科学研究的主阵地。

(以下为采访正文,受平台字数限制,内容略有删减)

空天界:您预测这套系统能带来约5亿元的市场产值。这个市场规模的实现,除了设备销售,其背后的解决方案和持续服务模式是怎样的?

魏志强:一方面,通过与激光雷达的适配,我们拓展了激光测风雷达的应用领域。过去这类设备主要用于机场风廓线与风切变监测,适配我们的软件后,新增了尾涡识别功能,显著提升了设备附加值。

另一方面,尾涡监测技术可延伸出多项增值服务:一是尾流风险预警,强化飞行安全管控;二是动态调整尾流间隔,提升空域效率。未来这些应用全面落地后,还将推动民航技术标准升级、操作规范优化以及相关软硬件改造,市场潜力十分广阔。

空天界:您将机载尾涡探测称为“第二曲线”,并提到了空客的伴飞(Fello‘fly)项目。民机能否像鸟一样近距编队飞行,尾流演化态势的精准感知是前提,您的技术在其中将扮演怎样的角色?

魏志强:当前空运市场十分拥挤,航班延误是旅客关注的核心痛点。但与鸟群近距离编队飞行相比,飞机间的安全间隔仍有较大优化空间。若能实现民机近距离编队飞行,空域容量有望提升一个数量级。这一方向已成为国际热点,空客早在2020年就开展了伴飞(Fello‘fly)项目,验证结果显示:编队飞行可节油3%~5%、降低碳排放,同时通过缩减机间间隔提升空域容量。

但编队飞行的核心安全隐患正是飞机尾涡。要实现这一目标,必须精准识别周边其他飞机的尾涡位置与动态。我们的技术就扮演着“眼睛”的角色。目前实验室预研效果良好,后续我们将与相关厂商合作,推动国产民机早日实现编队飞行,提升飞行效率与空域通行能力。

空天界:您将这套技术从地面站“搬上”飞机,实现机载化、小型化、高可靠性的过程中,面临的最大技术挑战是什么?

魏志强:技术挑战主要集中在硬件与软件两大层面:硬件方面,激光雷达需满足机载环境的严苛要求——既要实现小型化、轻量化(飞机对设备重量限制极高),又要具备抗震动能力,同时需解决与机载其他设备的电磁兼容问题,这些都需要大量实验验证。

软件与算法方面,高空背景风场的干扰更强,需重点攻克强干扰剔除技术;此外,飞行过程中飞机的扰动、飞行参数的波动,可能导致尾涡识别的漏警率与虚警率上升,这也是需要重点研究解决的问题。

更重要的是,编队飞行仅靠尾涡识别还不够。我们的技术(眼睛)需与飞机的飞行管理系统(飞管,大脑)、飞行控制系统(飞控,手臂)深度交联,且飞管、飞控系统需同步升级。只有 “眼、脑、手” 协同联动,才能真正实现编队飞行。因此,尽管前景广阔,但仍有大量工作需逐步推进。

空天界:在助力新一代航电设备研制的过程中,您认为其重要的战略价值与民用推广价值体现在哪些方面?

魏志强:一方面是追赶,欧美厂商早在2010年前后就启动了相关研究,2020年已完成验证飞行,我们需整合产学研力量迎头赶上。否则,在下一代民机竞争中可能失去话语权。但目前欧美尚未形成成熟产品,且我国在上下游产业配套、落地应用方面具备独特优势,因此我们有机会实现赶超。

空天界:您从硕士阶段就开始研究尾涡,坚持了20年。是什么支撑您“择一事,终一生”的信念?在这漫长的科研道路上,最让您感到有成就感或最艰难的时刻是什么?

魏志强:支撑我坚持的核心是研究方向的价值,它既具备深厚的理论性,又能切实解决民航一线运行中的实际问题,是理论与实践的完美结合。看到研究成果落地应用,我会感到非常有意义。

最有成就感的时刻,是2019年协助民航局完成尾流间隔重新分类标准的起草,并在广州机场完成应用验证。这套标准是基于国内实际需求制定的,而非照搬国外标准,后续还获得了民航局科技成果一等奖,并有中央台的专题采访,让我感受到科研工作的社会价值。

艰难的时刻也确实存在,比如研究成果初期未获学术界认可、产业界理解不足的阶段,但我们都坚持了下来。未来,我们仍会继续深耕这一领域,推动技术不断完善。

空天界:您的团队汇聚了光学、气动、算法等多学科人才,并与航天新气象、牧镭激光、青岛镭测等企业成功合作。您认为这种 “高校核心技术攻关 + 企业硬件与市场” 的模式,对于推动高端装备国产化、打破国外垄断,有哪些经验可以分享?

魏志强:高校与企业各有优势:企业熟悉行业痛点,适合 “出题”;高校擅长理论研究与技术攻关,适合 “答题”。两者必须紧密结合,才能形成闭环,否则可能出现 “题不对路” 或 “答非所用” 的情况。

我们团队在研究中始终注重与产业界合作,聚焦企业与空管一线的真实问题开展研究,很多科研灵感与课题都源于这些交流。科学研究不能闭门造车,必须走出象牙塔;同时产业界也需对科研工作保持耐心,尊重其固有规律。

建议产业界提前布局未来可能出现的技术卡点,与高校联合攻关;也希望中国航空学会能发挥桥梁作用,对接企业与高校,提前谋划布局,推动航空产业尤其是新一代民机的发展。

空天界:国家正大力推动高端装备自主可控和低空经济发展。这些政策导向为您的研究和产业化带来了哪些具体的机遇?您认为高校和企业应如何借势而上?

魏志强:国家推动高端装备自主可控和低空经济发展,为我们这样的技术研发团队提供了非常明确的政策导向和发展机遇。一方面,我们的尾涡实时监测系统属于典型的“卡脖子”技术替代方向,符合国家支持的关键装备国产化战略,有望在机场装备更新、空管系统升级中获得更多应用场景;另一方面,低空经济的兴起(如大型物流无人机、城市空中交通等新业态),对空域精细化管理提出了更高要求,需监测低空风切变、楼宇间复杂阵风等环境。

这些复杂风场的识别分析技术,与飞机尾涡识别技术存在很强的关联性。面对机遇,高校应主动对接国家战略,聚焦真问题、真需求开展有组织的科研;企业则需敢于投入前瞻技术,与高校共建研发平台,共同推动 “技术 — 产品 — 标准 — 应用” 的全链条创新。只有产学研用深度融合,才能在政策东风中实现技术落地与产业升级。

空天界:展望未来3-5年,您对您的研究团队和这项技术的产业化有怎样的规划?是希望成立公司进行深度市场化运营,还是继续以高校团队为核心,与产业伙伴深化合作?

魏志强:我们目前更倾向于“高校团队核心攻关+产业伙伴协同落地”的模式。高校在基础研究、算法迭代、人才培养方面具有不可替代的优势,而企业则在产品化、工程化、市场推广方面更具效率。

未来3-5年,我们将重点深化与激光雷达厂商的合作,推动软硬件系统在更多机场部署,并拓展更多应用场景。至于是否成立公司,需根据技术成熟度与市场匹配度决定,我们会在适当时机推动创业,但现阶段的核心是把技术做实、系统做稳、生态做活。

空天界:能否再请教一下融资相关问题?您提到未来可能成立公司,若涉及技术融资,希望与什么样的合作伙伴开展合作?

魏志强:我们更青睐能提供产业链资源与行业认知的战略投资者,而非单纯的资金投入。具体来说,希望合作伙伴具备:航空主机厂的系统集成与适航认证经验、空管装备厂商的渠道与运维能力,以及空域运营背景,通过上下游资源整合实现协同发展。

后续我们将重点推进机载尾涡探测反演技术,为编队飞行提供支撑。机载系统需经过严格的适航审定,单靠高校难以完成,因此希望与中航工业等有经验的主机所合作,共同推进机载设备的研制与认证。

空天界:您通过这次大赛有哪些新的收获?是否有一些新的合作机会或项目对接?

魏志强:这次大赛为我们提供了广阔的技术展示平台,收获了行业专家、投资机构与潜在用户的宝贵反馈。很多评委对我们的成果给予了高度评价,赛后还有不少气象设备厂商、低空经济企业及投资方主动联系,探讨低空气象预警等领域的合作可能。

大赛不仅是成果展示窗口,更是技术验证与生态对接的桥梁。建议后续可继续强化产学研用对接功能,为参赛项目提供更精准的资源匹配服务。总体而言,非常感谢大赛提供的平台与机会。

空天界:作为一位在专业领域坚持了20年的科研工作者,对于今天有志于投身航空航天、科技创新事业的青年学子,您有什么样的建议和鼓励?

魏志强:航空航天是充满机遇与挑战的朝阳行业,对年轻人有三点建议:

第一,保持好奇心,勇于创新。很多领域仍有大量未知等待探索;

第二,敢于坚持。科研道路不可能一帆风顺,唯有坚守才能攻克难关;

第三,脚踏实地。航空领域对安全要求极高,任何技术都需扎实可靠,不能有模糊地带。

航空航天既需要仰望星空的理想,也需要脚踏实地的韧劲。越难的问题,攻克后越能体现价值。我们团队在尾涡识别这一“小问题”上深耕了20年,至今仍有很多未知领域值得探索。希望年轻学子能找到自己热爱的方向,沉下心来,与团队同行、与国家需求同步,在解决真实问题的过程中实现个人价值与学术能力的双重提升。中国民航正处于从“大”到“强”的关键阶段,我们都赶上了好时代。