从“一穷二白”到自主研发，我国首台大型三维编织设备这样诞生

原标题：天津工业大学教授陈利带领团队研制多种航天新型材料——

三维编织 实现性能“精准定制”（弘扬科学家精神）

陈利（左一）在指导学生做实验。本报记者 李家鼎摄

人物小传

陈利，1968年生，山西太谷人，天津工业大学复合材料研究院院长、教授。他长期从事高性能纤维多维编织材料及复合材料研究，创建“立体织物多向耦合编织”理论体系，带领团队研制出多种轻质高强、耐高温的新型材料与核心部件，应用于探月工程、火星探测等国家重大工程。他带领团队成功自主研发我国首台大型三维编织设备，系统解决多项关键“卡脖子”难题，相关成果两次获得国家科技进步奖二等奖。

前不久，中国纺织工业联合会科学技术奖揭晓，天津工业大学教授陈利凭借在高性能纤维多维编织材料领域的系统性创新成果，荣获“桑麻学者奖”。“当前，纺织应用不断从普通消费品向高科技、高附加值领域拓展，我们还有许多工作要做。”在陈利看来，要将研究方向与国家重大战略需求紧密结合，才能不断推动纺织业从“衣被天下”迈向“编织世界”。

“最难的不是失败，而是不知道还要失败多少次”

上世纪80年代，陈利考入天津纺织工学院（天津工业大学前身）针织工程专业，那时候，包括他在内的很多人对纺织的理解，还停留在织布做衣的传统印象中。

随着学习的深入，一个新的名词——“三维编织技术”走进了陈利的科研世界，他的视野也被逐渐打开。“那个年代，我国对三维编织的研究刚刚起步，而国外已将相关技术列入航空航天核心技术体系，并对关键装备实施严格封锁。”陈利介绍，1989年，为服务国家战略需求，天津纺织工学院成立复合材料研究室，主要从事新型立体增强织物和先进纺织复合材料的研究开发，成为我国最早开展三维编织技术研究的单位。

1993年，陈利硕士毕业后留校，师从著名纺织专家邱冠雄教授，并成为天津纺织工学院自主培养的第一名博士生，加入了复合材料研究室。

上世纪90年代，国内航天领域对新材料有着轻量化、高性能化的迫切需求。然而，对于这个年轻团队而言，起步之艰难超乎想象。“国外技术严格封锁，高端装备禁运，可参考的资料零碎而有限。”陈利说，他们面对的，是真正的“一穷二白”。

没有现成的图纸、可用的设备，甚至连研发路径都需要自己摸索。唯一的办法，就是从源头开始创新。团队聚集了纺织、机械、电子、力学等多学科人才，用最“笨”的办法啃最硬的骨头。设计手段落后，他们就趴在绘图板上，用二维平面图纸反复勾画三维复杂机械的结构。

“最难的不是失败，而是不知道还要失败多少次。”陈利回忆，当时没有计算机模拟，没有三维仿真软件，只能手绘二维机械图纸，再制造成型。

历经3年技术攻关，1996年，我国第一台大型三维编织机诞生，但在装配调试阶段，问题接踵而至。“几万个运动组件，协调性要求极高，经常是这里调好了，那里又出问题。”陈利说，大家经常围着机器一次次排查好几个昼夜，反复修改、反复试验。失败和焦虑是常态，但没有人想过放弃。“一想到这是国家急需的关键技术，就觉得必须咬牙坚持。”陈利说。

几个月后，设备终于实现稳定运行。看着编织机编织出符合要求的复合材料，一向沉稳的陈利落泪了。如今，这台老旧的设备静静放置于校史馆内，见证着那段白手起家、自力更生的岁月。

“自主创新，是我们唯一且必须持续走下去的路”

什么是三维编织技术？面对这个专业问题，陈利经常用到一个形象的比喻：“就像盖房子用的钢筋混凝土。传统的复合材料好比一层层铺贴碳纤维布，类似一层层‘糊纸’；而三维编织，直接用高性能纤维，像编竹篮一样，在三维空间里编织出一个完整、连续的‘钢筋骨架’。然后，再向这个骨架里注入树脂等‘混凝土’，形成最终构件。”

他进一步解释，这个“骨架”是整体的，纤维交织联锁，因此编织出的复合材料具备传统层合材料无法比拟的优势：非常坚固、不易分层、抗冲击和抗疲劳性能极佳，并且可以根据受力需要，在不同部位灵活设计不同的编织结构和纤维方向，实现材料性能的“精准定制”。这正是航空航天领域许多关键部件要求的特性。

“当航天器以数千米每秒的速度冲入大气层时，与空气剧烈摩擦将产生超过2000摄氏度的高温火焰，同时承受巨大的冲击力。”陈利介绍，对飞行器防护材料的要求，简而言之就是“耐高温烧蚀、坚固抗冲击”。

2016年，陈利团队接下为某新型航天飞行器研制复杂异形构件的任务。该构件曲面复杂、复曲率变化大，对尺寸精度和性能要求极为苛刻。

“相当于要用柔软的线，编出一个形状精确、毫厘不差的坚硬外壳。”团队成员、天津工业大学纺织科学与工程学院研究员张一帆说，那段时间，陈利带领大家住在试制基地，一待就是几个月。面对编织过程中出现的变形、厚度不均等问题，他们进行了上百次工艺实验，反复调试设备参数、优化编织路径。最紧张时，一个工艺方案就要试验一两个星期，失败便推倒重来。正是这种近乎执拗的态度，最终保证了产品满足所有严苛指标，为飞行器的成功试飞奠定了基础。

面对日益复杂的应用场景，近年来，陈利逐步创建了“立体织物多向耦合编织”理论体系，相关实践成果有效解决了航空发动机叶片等构件不同部位受力不同等难题。“就像一把斧头，斧刃需要极硬，斧柄需要抗弯抗扭。”陈利解释，团队现在可以在一件构件上，集成多种编织结构，实现性能的梯度化与最大化利用。

尽管攻克了一个个难题，但陈利清醒地认识到，科研路上，挑战从未停止：“一些国家对高端编织装备及技术的封锁，丝毫没有放松。自主创新，是我们唯一且必须持续走下去的路。”

“一个新问题，有时就是一个创新的源头”

“个人的理想或许如星辰般渺小，但当它与国家发展同频共振时，就能迸发出光芒。”这句话，陈利常讲给学生听。在他眼中，科研不仅需要“静得下心”的定力，更需要有“面向国家需求”的清晰方向。

陈利也将这种理念融入人才培养和团队建设。陈利领导的复合材料研究院，本身就是一个多学科交叉融合的平台，纺织、材料、机械、力学、自动化等专业背景的人才在此协同攻关。多年来，他主导设立了我国首个“纺织复合材料”二级学科方向，牵头建成了从教育部重点实验室到国家地方联合工程研究中心的一系列高水平平台。“平台能汇聚人才，更能成就人才。”陈利说。

“科研很多时候是枯燥的，尤其我们做工程应用研究，一个工艺参数可能要调上万次，没有静气，守不住。”陈利说，在日常科研中，他特别注意提醒学生要观察实验细节，从中提炼科学问题，“一个新问题，有时就是一个创新的源头。”

在学生们眼中，陈利最大的特点是“较真”。“陈老师常说，差之毫厘，谬以千里，我们的产品关系到最终装备的性能，必须百分百精确。”陈利的博士生焦伟说，这种严谨到极致的作风，深深影响了团队的每一位成员。

在陈利看来，科学家精神的核心是“求真务实”。“求真，是探索规律、追求真理；务实，是脚踏实地、解决实际问题。”他认为，这种精神体现在时间维度上是坚持，体现在目标维度上是使命感。

陈利认为，三维编织技术，会走向更广阔的制造业领域，高性能材料的制造成本也会不断降低。

“纺织复合材料正向着更轻、更强、更智能的方向升级。纺织，这门古老的技术，会继续为我们编织一个更安全、更高效、更轻盈的新世界。”陈利说。

记者手记

静是功夫，深是积淀

采访陈利，“静得下心”被他反复提及。一个“静”字，道出科学研究的基本方法，也映照一位科学家身上的动人品格。

“静”里藏着科研的初心。面对国家战略需求的呼唤，陈利带着团队在实验室埋头攻关，守在试制基地，为一个参数反复调试上万次，为一台设备连续攻关数年。没有捷径可走，没有经验可循，在“一穷二白”的困境里，他们秉持科研初心，耐心寻找答案。

“静”里积蓄着锐气。“静”不是消极等待，当积累越过临界点，当思考穿透迷雾，蓄积已久的力量便顺势迸发。多年来，陈利带领团队攻破多个“卡脖子”难题，大家把枯燥重复做到极致，把沉默坚守化为攻坚克难的锐气。

科技成果从不是在喧嚣中追来的，而是在沉静中干出来的。静水流深，静是功夫，深是积淀。而那穿石破浪的力量，就藏在这水的最深处。

(来源:人民日报)