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中国电磁弹射之父马伟明:不拼命,那国家要我们这些院士干什么!

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第2461期


2015年2月20日,此时正值大年初二,全国人民都沉浸在春节的欢乐气氛中。一位科研专家像往常那样来到办公室,工作到深夜,这个科研专家叫做马伟明,他被称为“中国电磁弹射之父”。

外国媒体曾经这样评价马伟明:钱学森一人可顶5个师,他一人可抵10个师。马伟明不爱钱不爱权,一心扑在专业领域。

这位中国工程科学院院士的口头禅是“强国强军的成果是拼出来的”“不拼命,国家要我们这些院士做什么?”今天咱们就来聊一聊他的故事。

从小身体不好被称为药罐子,家中贫困高中辍学

1960年,马伟明出生在江苏。从小他的身体就不好,经常生病,家里一天到晚都充斥着各种中西药的味道。

那个大家都不富裕,家里又有这么一个身体不好的儿子,马伟明的父母却从来没有抱怨过,仍然用心的照顾儿子。

虽然儿子身体不好,无法像同龄的男孩一样快乐的奔跑玩耍,但是马家夫妻唯一感到安慰的就是马伟明从小学习成绩就很好。

从上小学开始,他的成绩几乎不用父母操心,老师在课堂上讲的东西很快就会领悟,作业又认真又细心,每次考试在班里都名列前茅。

除了完成老师布置的作业之外,马伟明最爱好就是读各种各样的课外书。父母发现儿子对于各种科技类的书籍和生物书籍非常感兴趣,小学毕业后,马伟明以优异的成绩考入初中。

当时9年义务教育还没有普及,普通家庭想要供养一个初中生非常吃力,更不用说像马家夫妻这样还要给儿子治病的家庭。

好不容易咬牙将马伟明供到初中毕业,家中实在是承担不了他读高中的费用。懂事的马伟明应父亲的要求主动退学,对未来十分迷茫的他也不知道去干什么。

70年代,收音机已经成为家家必备的电器。作为一个业余的科技爱好者,马伟明想到了一条出路,去学习无线电修理。

如果没有意外,他以后可能会开个修理店专门维修收音机,到了年纪再说个媳妇,老婆孩子热炕头。

关键时刻一个贵人出现了,这个人是马伟明中学时的数学老师。老师认为马伟明在数学,物理方面很有天赋,以后是个值得培养的好苗子。

得知对方退学的消息,数学老师主动登门拜访,劝说马父改变想法让儿子继续读书。

经过老师的一番教育,马伟明的父亲也终于认识到知识的重要性。他勒紧裤腰带将儿子送回了高中,这次学习机会来之不易,马伟明非常的珍惜。

高中毕业后,他以优异的成绩考入海军工程大学。未来的工程院院士并不知道他的命运又到了岔路口。海军工程大学由放军海军主管,是一所全国类重点军事院校。

到今天这所大学依然管吃管住,每个月还发钱毕业包分配。当时马伟明对于这所学校并不满意,他觉得军校管理太严格,自己的性格恐怕不适应。

考虑到自己的家庭条件,就读普通的大学不仅要面对高额的学费,生活费也是一笔巨大的开销,最后马伟明只能收拾行囊去了武汉。这个决定不仅改变了他的一生,改变了中国的国运。

寒门学子成为科研大佬,花费十年攻克世界难题

马伟明来到军校之后遇到了自己的导师,也是他人生中最重要的一位贵人,这个人叫张盖凡。可能普通人没听说过这个名字,他可是我国电机科研领域的创始人和开拓者。

张盖凡教授对这位勤奋好学又天赋异禀的学生非常赏识,想培养马伟明。然而这个品学兼优的学生来到大学之后,由于各种不适应产生了厌学的情绪,一度想退学回家。

张盖凡得知学生的心理变化十分着急,多次与马伟明谈心,做思想工作。在学业上也给他指明了方向,还鼓励对方考研究生。

经过了一段时间的磨合,马伟明逐渐适应了大学生活,全心投入到专业学习中。他在张盖凡教授的鼓励下考取了研究生,拿到硕士学位后又攻读了博士学位。

马伟明在上大学期间,经历了中国的改革开放,也见证了西方先进国家对中国的打压围堵。

当时中国海军装备很落后,核心技术几乎全部掌握在西方国家手中。这些国家对中国实行技术封锁,我们想要进口产品又漫天要价。

意气风发的马伟明看到这一幕之后,下定决心要用自己的知识为祖国做贡献。那个年代绝大多数人都没有国产化这个概念,希望与西方国家合作以市场换技术。

从消费领域到高科技领域几乎都是如此,但马伟明很早就认识到只有核心技术国产化才能不受制于人,否则我们永远只能拴在别人的裤腰带上过日子。

马伟明经过研究发现,现代的船舰无论是民用还是军用的都需要有一颗好的心脏。

这个“心脏”指的就是船舶的动力系统,它既影响船舶的使用寿命,也关乎船舶使用。一旦心脏出了问题,其他的零件再好,这个船也废了。

很长一段时间,中国海军舰艇的动力系统和关键的零部件都是依赖进口。当时的中国远远没有现在强大,对西方大国构不成威胁,只要拿钱就能买到这些零部件。

今天看来,如果当时没有马伟明和其他科研人员的先见之明,我国潜艇电机设备很可能要被发达国家卡脖子。

即便是拿钱买,也挡不住对方漫天要价,无论是从经济角度还是从安全角度来说,国产化是必经之路。

舰艇发动机有一个公认的难题就是要解决固有振荡,全世界的电机领域专家都认为好人类在几十年内都没有办法解决这个问题。

赶上当时我国海军研制新型常规潜艇,部队领导计划从国外购买十二相整流发电机系统。

这种电机代表了当时世界上最先进的技术,但是马伟明带着几位科研助手去验货的时候却发现,从国外进口的电机系统存在着严重的“固有震荡”。

简单来说就好像一个人出生就有先天性的心脏病,平时看不出来,若遇到震荡,达到一定程度“心脏”就会罢 工,高价买回来的动力系统就成为了废铁。

中国用进口系统做出来的潜艇被西方媒体大肆嘲讽为“海底拖拉机”,为了解决这个问题,马伟明提出用一台发电机同时发出交流、直流两种电,其他国家认为中国这简直是在做梦。

经过10年的研究,这个难题被马伟明团队攻克了。

拒绝美国高薪诱惑,下血本培养专业人才

马伟明做实验的条件极为艰苦,绝大多数人都不相信连全世界专家都束手无策的问题,这个年轻的科研人员可以解决。

只有张盖凡教授相信自己的学生,占住了对方一部分钱,这才搭起了一个仅有20平方的简陋实验室。

经过近10年夜研究,马伟明带领团队成员研制出了世界上首台交直流双绕组发电系统,拿到了国家发明专利。

1999年,马伟明获得国家杰出专项技术人才奖,2001年,只有41岁的他当选中国工程院院士。2002年,该电机工程相继通过了专家们的鉴定正式投产,成为了海军不可或缺的装备。

2006年,马伟明教授获得当代发明家称号和国家发明创业特等奖。2010年,科技部授予这种电机为“国家科技进步一等奖”。

很快美国就得知这一消息,他们觉得马伟明是继钱学森之后又一个罕见的人才,便偷偷联系对方,开出巨额薪水想要挖中国的墙角。

毫无意外美国人吃了闭门羹,不过他们并没有死心,一次次派出说客,开出的报酬越来越高。面对金钱诱惑,马伟明丝毫不动心。

拿到国家级别的科技成果后,马伟明并没有躺在功劳簿上止步不前。已经成为教授的他放出豪言壮语:为什么要等外国人做成了,我们才开始跟着做?要做就做最前沿的东西。

靠着远大的志向,马伟明带领自己的团队将研发成果助力在电磁炮上。电磁炮都被称为高能武器,实际作战的时候,这种武器的性能远远超过传统武器。

美国很早就投入大量财力物力研发电磁炮,但这种设备是“电老虎”。一般军舰的电力系统根本无法负荷巨大的用电量,只有提高技术,解决电力瓶颈,才能让这种高能武器运用在海战中。

马明伟教授研究出的“中压直流综合电力系统”为海军发展带来了很大的突破,中国第三艘航空 母舰“福建舰”能够拥有电磁弹射系统也得益于此。

该研究成果让我国在相关领域遥遥领先,马教授在接受记者采访的时候更是公开表示,要领先就领先美国。

马伟明成长的那个时代,是外国货和外国技术的天下,这种风气影响了科研界,有些专家都认为只要是进口的东西就是比国产的好。

就是在这种大环境中,马伟明教授却告诫团队成员:不要崇洋媚 外,要尊重科学。或许是源于自己的经历,这位院士很早就意识到培养人才的重要性。

实验室需要的设备无论是几十万,上百万甚至数千万,他都毫不犹豫的购置,有时候资金不够,就是借钱也要将这些设备买回来。

马伟明对自己很抠门,出差的时候能坐火车坚决不坐飞机,能坐硬卧就不坐软卧。

只有在携带涉密资料或者是机密文件的时候,他才会选择私密性更好的软卧,遇到急事才会选择飞机,还是经济舱。

院士团队中有一个来自中科院物理研究所的研究生赵治华,马伟明院士认为这是一个人才,给他了1000万的科研经费。

来到团队的三年中,赵治华没有任何研究成果,他的能力也备受外界质疑。

关键时刻是马伟明站出来力挺这位物理天才,直到第4年赵治华才在期刊上发表了一篇论文,研究成果引起了国内外的轰动。

现如今,他已经成为电磁兼容研究方向的首席专家……这样的例子在马伟明教授身上数不胜数。

新中国成立70多年,从当年的一穷二白到现在在许多领域弯道超车,甚至遥遥领先于欧美国家,靠的就是像钱学森、马伟明这些国之脊梁。

他们用自己的知识建设着这个国家,让中华民族变得更加强大,对于此事你有什么不同的看法呢?



来源:电磁兼容之家
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首次发布时间:2024-11-29
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电磁兼容简明教程---电磁骚扰的耦合机理

第2466期1、基本概念电磁骚扰传播或耦合,通常分为两大类:即传导骚扰传播和辐射骚扰传播。通过导体传播的电磁骚扰,叫传导骚扰;通过空间传播的电磁骚扰,叫辐射骚扰。上图传染病的模型非常近似:2、 电磁骚扰的常用单位骚扰的单位通用分贝来表示,分贝的原始定义为两个功率的比:通常用 dBm 表示功率的单位,dBm 即是功率相对于 1mW 的值:通过以下的推导可知电压由分贝表示为(注意有一个前提条件为 R1=R2):通常用 dBuV 表示电压的大小,dBuV 即是电压相对于 1uV 的值。对于辐射骚扰通常用电磁场的大小来度量,其单位是 V/m。通常用的单位是dBuV/m。3、传导干扰共阻抗耦合由两个回路经公共阻抗耦合而产生,干扰量是电流i,或变化的电流di/dt。容性耦合在干扰源与干扰对称之间存在着分布电容而产生,干扰量是变化的电场,即变化的电压du/dt。感性耦合在干扰源与干扰对称之间存在着互感而产生,干扰量是变化的磁场,即变化的电流di/dt。a、共阻抗耦合由两个回路经公共阻抗耦合而产生,干扰量是电流 i,或变化的电流 di/dt。、当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时,就发生了公共阻抗耦合。我们在放大器中,级与级之间的一种耦合方式是“阻容”耦合方式,这就是一种利用公共阻抗进行信号耦合的应用。在这里,上一级的输出与下一级的输入共用一个阻抗。由于地线就是信号的回流线,因此当两个电路共用一段地线时,彼此也会相互影响。一个电路的地电位会受到另一个电路工作状态的影响,即一个电路的地电位受另一个电路的地电流的调制,另一个电路的信号就耦合进了前一个电路。对于两个共用电源的电路也存在这个问题。解决的办法是对每个电路分别供电,或加解耦电路。阻性耦合干扰抑制方法1)让两个电流回路或系统彼此无关。信号相互独立,避免电路的连接,以避免形成电路性耦合。2)限制耦合阻抗,使耦合阻抗愈低愈好,当耦合阻抗趋于零时,称为电路去耦。为使耦合阻抗小,必须使导线电阻和导线电感都尽可能小。3)电路去耦:即各个不同的电流回路之间仅在唯一的一点作电的连接,在这一点就不可能流过电路性干扰电流,于是达到电流回路间电路去耦的目的。4)隔离:电平相差悬殊的相关系统(比如信号传输设备和大功率电气设备之间),常采用隔离技术。b、容性耦合在干扰源与干扰对称之间存在着分布电容而产生,干扰量是变化的电场,即变化的电压 du/dt。 容性耦合干扰抑制方法为了抑制电容性干扰可以采取以下措施:1)干扰源系统的电气参数应使电压变化幅度和变化率尽可能地小;2)被 干扰系统应尽可能设计成低阻;3)两个系统的耦合部分的布置应使耦合电容尽量小。例如电线、电缆系统,则应使其间距尽量大,导线短,避免平行走线;4)可对干扰源的干扰对象进行电气屏蔽,屏蔽的目的在于切断干扰源的导体表面和干扰对象的导体表面之间的电力线通路,使耦合电容变得最小; 容性耦合干扰抑制实例BUCK电路中还存在高频开关节点(Phase、或者叫做SW note),这里的dv/dt会产生电场,也会产生辐射,同时引起的共模电流也会在传导测试中占据重要分量,尤其是在CISPR25的测试中。高频开关节点常常和辐射相关,尤其是在单杆天线测试和双锥天线测试中,在单杆天线测试中,高频开关节点产生的近场电场直接可以通过单杆天线接收。抑制高频开关节点的dv/dt,首先可以通过减小面积来减小近场电场的电场强度。如下图,通过减小SW的铺铜面积,电场强度有了明显的减小。同样的方法,可以在单杆测试中,可以通过减小SW铺铜或者电感的体积来实现。前面我们分析过电感并不能保持稳定的电位,也是高频开关节点。c、感性耦合在干扰源与干扰对称之间存在着互感而产生,干扰量是变化的磁场,即变化的电流 di/dt。 当信号沿传输线传播时,信号路径与返回路径之间将产生电场,围绕在信号路径和返回路径周围也有磁场。如图所示,基板材料为FR4的50Ω微带线横截面上的电力线和磁力线,可见,这些场并不仅仅局限于微带线的正下方,而是会延伸到周围的空间。这些延伸出去的场称为边缘场。边缘场  根据电磁场基本理论,变化的电场产生感应电流,变化的磁场产生感应电压。那么,当一个网络(静态网络)的布线进入另一网络(动态网络)的边缘场时,一旦动态网络上的信号电压和电流发生变化,将会引起边缘场的变化,边缘场的变化又将在静态网络上感应出噪声电压或电流,这就是串扰产生的物理根源。  这种两个网络之间通过场相互作用被称做耦合,耦合又可以分为容性耦合和感性耦合,而把耦合电容和耦合电感分别称做互容和互感.  互容和互感都对串扰有贡献,但要区别对待。当返回路径是很宽的均匀平面时,如PCB上的布线,容性耦合和感性耦合大体相当。因此,要精确预测耦合传输线的串扰,两种因素都必须考虑。如果返回路径不是很宽的均匀平面,比如引线,虽然容性耦合和感性耦合也都存在,但串扰主要来自于互感。这时,如果动态网络上有一个快速变化的电流,如上升、下降沿,将会在静态网络上引起不可忽视的噪声。 感性耦合干扰抑制方法1) 干扰源系统的电气参数应使电流变化的幅度和速率尽量小;被 干扰系统应该具有高阻抗;2)减少两个系统的互感,为此让导线尽量短,间距尽量大,避免平行走线,采用双线结构时应缩小电流回路所围成的面积;3)对于干扰源或干扰对象设置磁屏蔽,以抑制干扰磁场。4)采用平衡措施,使干扰磁场以及耦合的干扰信号大部分相互抵消。如使被 干扰的导线环在干扰场中的放置方式处于切割磁力线最小(环方向与磁力线平行),则耦合的干扰信号最小;另外如将干扰源导线平衡绞合,可将干扰电流产生的磁场相互抵消。 感性耦合干扰抑制实例那么我们要分析如何抑制高频电流环路的引起的噪声源?高频电流环路可以看成是磁偶极子,磁矩,磁场强度随着电流和环路面积而增大,那么可以通过降低电流和减小面积来实现,首先,我们需要找出不同拓扑的高频电流环路。如下图,红色的环路便是di/dt变化比较大的电流高频环路,可以看到BUCK电路,电流高频环路存在于输入电容和两个开关管形成的闭合环路,而BOOST电路作为对偶拓扑,电流高频环路存在于输出电容和两个开关管。而SEPIC电路的电流高频环路存在于开关管和两个电容形成的环路中。可以看到高频电流环路存在于开关管和连接开关管的电容形成的回路,因为电流变化最剧烈的通常在开关管之间,电流实在两个开关管之间切换,而通常电感由于电流不能突然变化,di/dt受到限制,而不是我们重点考察高频电路环路的部分。找到高频电流环路后,我们需要抑制该噪声源引起的近场磁场。最有效的方式就是减少该环路的面积,通常电流大小需要满足功率输出的要求,不能随意减小。最简单的方式就是选用集成MOSFET的同步BUCK,来替换非同步的BUCK。如图,选用同步的SOT23-8的BUCK芯片,输入电容可以靠近芯片放置,高频电流环路远小于左边的非同步BUCK,对外的辐射要小很多。来源:电磁兼容之家

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