王力丰:用创新照亮科技强国之路


王琍


天宫、蛟龙、天眼、悟空、墨子、大飞机等重大科技成果相继问世,让“可上九天揽月,可下五洋捉鳖”的愿景正在变为灿烂的现实。
科技创新就像撬动地球的杠杆,总能创造令人意想不到的奇迹。但所有奇迹的诞生源于科技强国的背后有一支以王力丰为代表的科研大军。他们心怀科技强国梦想,不忘科研初心,奉献自己一切智慧和力量,用科技创新照亮科技强国之路。


王力丰,军事医学科学院研究生毕业,助理研究员。1985年开始担任国家科委中国生物工程开发中心工程师,后曾多次受邀任瑞典某公司的客座研究员、工程师。


长年从事科学研究工作的他,拥有多项专利科研成果,其中,14项为国家发明专利。他的发明专利涉及航空、航天、航海、列车、汽车、发动机、电力、供热、气象、消防及国防技术等方面,广泛应用于压缩空气、海洋波浪能、电磁力、重力、风电、太阳能等重要领域。2021 年,科研成果斐然的王力丰担任中国科学家论坛理事会副理事长。


坚持科技创新,助力经济高质量发展


党的十八大以来,习近平总书记高度重视科技创新,高度赞扬科学家精神,把科技自立自强作为我国现代化建设的基础性、战略性支撑,提出一系列新思想、新论断、新要求,让创新这个第一动力澎湃发力。深耕科研工作多年的王力丰,一直将科技发明聚焦于推动经济高质量发展。


以发动机为例,传统技术为核心的外燃机和内燃机,是依靠燃料燃烧产生的“高温高压”气体运行。但这种方式会带来能源危机、环境污染、气候变化等问题,使传统技术难以持续。为了这一技术问题,王力丰成功申请了涉及飞机、汽车和个人飞行器发动机的三项专利“以压缩空气为施力源的系统及其方法、飞机(专利号:ZL 201610125197.0;PCT/SE2017/000005,并获得美、英、法等国家专利)”“经济利用压缩空气为汽车动力源的系统及其方法(专利号:ZL 201510289802.3;PCT/SE2016/000030,并获得美、德、法等国家专利)”“以压缩空气为动力源的个人飞行器(专利号:ZL201922284085.1)”,创新提出发动机由外燃机、内燃机向无燃机过渡。通过原创发明的一系列无需燃料燃烧,以自身携带足量“高压、超高压”压缩空气为工质,输出推力或输出扭矩且无需燃烧燃料的发动机,用无燃机逐步取代外燃机和内燃机。


尤其是“以压缩空气为施力源的系统及其方法、飞机”发明专利公开的输出推力的压缩空气喷气发动机,可以安装在飞机、火箭、高速列车、潜艇等运动载体的某些特殊部位,还可产生某些特殊的流体力学和空气动力学作用及效果(如提高速度、增加升力等)。同时,该专利公开的输出推力的压缩空气喷气发动机用于高速列车,原创一种“近真空环境 + 半悬浮”的气动飞速列车。不仅可以减轻空气阻力、带动列车适度从轨道上浮,还可免于建设特大体积空间真空隧道。可以说,王力丰的这一创新与埃隆·马斯克 2013 年提出的“磁悬浮 + 低真空”超级高铁(Hyperloop) 模式异曲同工。


发明专利“经济利用压缩空气为汽车动力源的系统及其方法”提出的“输出扭矩原理”,用于汽车压缩空气发动机,可以使压缩空气所具有的能量得到充分的利用。而另一项关于汽车方面的专利“汽车制动蓄能-释能驱动装置及方法(专利号:ZL 201210375225.6;PCT/SE2013/000100)”,则公开了一种汽车制动蓄能-释能驱动装置,该装置不仅可实现恶劣工况下安全工作的气压传动,而且装置精简、节能。


一直以来,影响压缩空气作为发动机工质广泛应用的并非安全和密封问题,而是生产压缩空气时所耗电能的90%转化为热后难以回收利用,而生产成本高、整体效率(The overall efficiency)低,这是业界公论。


为此,王力丰在以上两项发明专利中原创发明一种“经济地大规模生产和储存高压、超高压压缩空气装置”,该装置不仅可利用廉价夜间低谷电能及不易储存的风电、太阳能等能源生产压缩空气,尤其是能将生产压缩空气时所耗电能的90%转化的热能回收用于清洁供热和集中供暖。这样低成本经济地大规模生产存储高压、超高压压缩空气,可以为无燃机大量提供压缩空气作为发动机工质,压缩空气能源取自浩然大气,做功运行之后又释放回大气,循环往复,取之不尽、用之不竭,是无燃机的经济、绿色、可再生能源。
而且,在上述原创“经济地大规模生产和储存高压、超高压压缩空气装置”的基础上,王力丰在“压缩空气人造风装置及运行方法、消防设备(专利号:ZL 201710198564.4;PCT/SE2018/000002,并获得美国和英国国家专利)”发明专利中,原创“一种大规模压缩空气人造风装置”,可以制造出高风速(可高达每秒几百米)、大风量的人造风,用于气象调控——减轻、规避天灾,还可用于高效扑灭森林火灾、空防和海防。


砥砺前行,走原创科技强国之路


习近平总书记强调要加强原创性、引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。加强原创能力是实现从科技大国向科技强国转变至关重要的一步。
一直致力于科技发明的王力丰,在各领域专利研发中非常重视将原创融入科技发明当中。发明专利“列车平动动能发电制动装置及方法(专利号:ZL 201210175358.9;PCT/SE2013/000088 )”,原创一种将高速列车动能转化为电能的停车装置和方法,该创新不仅能避免因从风电站、水电站向城市长途高压输电造成的附加设施电能损失,还可实现城市就地清洁发电、供电,突破高速重载列车难以制动停车的瓶颈。


以某大中城市为例,该城市经停列车产生动能,估算通过动能转化技术实现的发电量可以解决几十万,甚至上百万人口的日常用电。


同样具有原创基因的专利发明“以重力为加速和制动主要施力源的列车系统及其运行方法(专利号:ZL 201310066334.4;PCT/SE2014/000002) ”,可以使地铁的启动加速和减速制动,均以重力为主要施力源,大幅节省城市地铁的电能。而他的发明专利“货物旋转运输飞轮及其控制方法(专利号:ZL 201110351539.8)”公开了一种节能、用于航空/航天运载的飞碟式装置,原创一种具有节能效果,可用于航空、航天运载的飞碟式装置,该装置的惯性离心力可使物体从地表向上推升时所需的力有所减小。
在航海方面,王力丰拥有两项具有代表性和前瞻性的原创性发明专利:一是“船舶减摇装置(专利号:ZL 201310190040.2;PCT/SE2014/000064)”,创新亮点是在于该装置能通过船舶侧设置缓冲吸能机构,减缓船舶在海上的横摇,保持船舶在大洋中平稳航行;二是“一种船舶波浪发电减摇装置及波浪发电系统(专利号:ZL 201410309529.1;PCT/SE2015/000042)”,该专利原创在船舶上安装船载运动磁棒及风箱、风道发电装置,将波浪能转化为电能,实现船舶在海上的清洁供电。

 
王力丰在“以压缩空气为动力源的个人飞行器(专利号:ZL201922284085.1;PCT/CN2020/119567,并获美国国家专利)”专利发明中,原创一种轻便机动的个人飞行器,在交通、国防等多领域有广阔的发展前景。其中,“一种气旋涵道内静止旋翼升力装置”的发明,克服了世界多国现有技术个人飞行器发动机重而动力不足和利用“翼”存在的诸多问题和缺点,使其升力较高、结构轻简、飞行机动、造价较低。该发明被选为 2021 年第十九届中国科学家论坛“科技创新优秀发明成果”。

 
多年来致力于科技创新的王力丰,时刻关注国防建设。发明专利“高初速弹丸发射装置及发射方法(专利号:ZL 201410183452.8;PCT/SE2015/000021)”,涉及兵器发射技术领域。该发明通过旋转的飞轮进行高初速弹丸发射,能够增加弹丸射程并缩短单位射程内弹丸的滞空时间,提高突发性和突防性,有利于拦截来袭目标。同时,该发明不仅结构简单、节能高效,还原创地利用离心力和高速旋转增加动能的“旋转抛”发射技术,创新地设计出一种“动能太空发射技术方案”。而该技术方案与目前国外最先进的太空发射技术之一,“旋转发射”(SpinLaunch)核心技术基本相同。


“航空母舰舰载机起降系统及其起降方法(专利号:ZL 201110397805.0 PCT/SE2012/000159)”“航母舰载机起飞装置(专利号:ZL 200920009444.6)”“可伸出航母舰体外的舰载机跑道及跑道伸出方法(专利号:ZL 200910130051.5)”和“航母舰载机起飞装置及起飞方法(专利号:ZL 200910129189.3)”四项专利发明均聚焦在航母舰载机起降技术领域。其中,发明专利“航空母舰舰载机起降系统及其起降方法”,不仅研发出了一种全新的航空母舰舰载机起降系统,还公开了与该起降系统对应的起降方法。该方法提升舰载机滑跃、弹射、垂直起飞技术的同时提高起飞效率,并通过向舰后延伸降落跑道降低舰载机降落的风险。


科研之路艰辛且枯燥,唯有依靠坚定的意志和发自内心的热爱勇毅前行。 对王力丰而言,科研路上“苦中作乐”是常态。他希望做一个有情怀的科研人,以“我”之力圆强国之梦。