人物名片
冯凯，1982年出生，机械与运载工程学院副院长，教授，博士生导师。日本东京大学工学博士，曾任日本东京工业大学精密工学研究所助理教授。多年来一直从事高端机械设备润滑和传动系统的研究。2012年回国以来发表第一作者或通信作者SCI论文60余篇，授权发明专利20余项。研究工作获得了10余项国家或省部级科研项目的持续资助。担任中国振动工程学会转子动力学分会常务理事、全国气体润滑与干气密封委员会副主任委员、增压技术国防国家重点实验室学术委员等。Tribology Transactions(SCI)、IJEM等多个杂志副主编或编委。
你玩过指尖陀螺吗？当你旋转陀螺看它在指尖“舞蹈”，亦或你骑着自行车穿梭在大街小巷，还有坐着火车纵情畅游名山大川时，乘坐飞机翱翔蓝天时，你是否想过，它们是靠什么顺利前行？
有人说，这都得益于人类历史上最伟大的发明之一：轴承。轴承是机器中的关键基础元件，广泛应用于各行各业的机械产品中，被誉为机器的“关节”。再高大上的机器装备，只要一个小小的轴承出了问题，就可能导致机毁人亡的惨剧。这小轴承里就暗藏着这样的大乾坤。在机械与运载工程学院，冯凯教授10余年就专注于这小轴承里的大天地。
“超能力”：真正实现转到飞起！
“你知道电风扇能转多快？每分钟几百转。飞机发动机能转多快？每分钟8000-10000转。我们能让轴承转多快？每分钟10万转以上！真的是快到飞起！”在机械与运载工程学院，学生们都知道，冯凯团队拥有一种“超能力”——真正实现了转到飞起！冯凯说，这就像飞机起飞，当飞机相对于地面的速度达到一定程度以后，飞机就可以悬浮在空气中。而他们研发的设备也是如此，当转动设备的转轴到达一定转速后，就可以不需要外部辅助设备的情况下，悬浮在空气中。这就是冯凯多年聚焦的“高端气体悬浮技术”。长期以来，人们按照力传导方式的不同，将轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类，前者依靠滑动传导力，后者依靠滚动传导力。而冯凯研究的“高端气体悬浮技术”，使得轴承有了“第三类”——“气浮轴承”。
“身经百战”：极端环境下从容作业正因为转速快，所以“气浮轴承”单位能量密度特别高，因而可以做到体积很小；加之悬浮在气体中，所以对温度不敏感，可以实现极端环境下的作业。以航空发动机轴承为例，其工作环境堪称“炼狱”：它们不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转，还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与极端温度。对于一些精度不高的结构部件来说，即便出现轻度裂纹也可以保证安全使用（专业上称为损伤容限），而航空发动机主轴承这样关键传动部件，不存在损伤容限一说，其在使用过程中绝不允许出现裂纹等任何形式的损伤，因而对其的加工精度、以及材料强度要求是非常苛刻的。正因如此，高端轴承被誉为“机械工程的高山”，而航空发动机更是被誉为“高山中的喜马拉雅”。高端轴承的制造水平，是一个国家的综合工业实力的真正体现。正如征服喜马拉雅山的只能是极少数勇士一样，高端轴承的制造也融合了当今顶尖的工程技术：不仅涉及材料、油脂及润滑、制造、设计等一系列技术难题，还涉及接触力学、润滑理论、摩擦学、疲劳与破坏、热处理与材料组织等基础科学研究和交叉学科。能效高、体积小、耐高温、寿命长……“气浮轴承”“身手不凡”，就从容应对了这些难题。不仅如此，“气浮轴承”在能源动力系统中可谓“身经百战”：在新能源汽车——氢燃料电池汽车领域，它把氧气泵进能源设备，通过氢气与氧气的反应，提供动能；利用“气浮技术”研发超临界二氧化碳发电系统，为坦克、航母提供动力；它的长寿命、免维护特性还能应用在深空探测的核电系统；制造集成电路的所需光刻机，也可利用“气浮”零摩擦的特性，实现精密制造……
此外，在我们身边的中央空调，污水处理厂、纺织厂、水泥厂所需的空气压缩机，甚至隧道里的供气系统，都可以用到“气浮轴承”。
破局垄断：让气浮技术在中国“开花结果”
“在这个世界上，除了地球以外，凡是需要转动的，都需要轴承。”轴承，几乎存在于我们生活的每一个角落：从满地都是的共享单车、到掠过头顶的民航客机，从鱼翔浅底的核潜艇，到巡天遥看的空间站，再到电冰箱、洗衣机、电脑散热风扇、抽油烟机……轴承无处不在。轴承虽然重要，却一直是国人心中的痛。多年来，我国虽然拥有接近世界顶尖水平的制轴工艺，但却做不出高端轴承。因此，我国的高端轴承行业一直被“卡脖子”。“美国、欧洲、日本、还有韩国，这些国外的轴承巨头们在中国建立基地，运用他们的核心技术生产高端轴承，然后以昂贵的价格卖给中国企业。”冯凯说。2019年，冯凯承担了国内第一个空气轴承的重点研发课题，在国内率先开发出气浮高速永磁电机、车用气浮涡轮增压器、燃料电池用高速空压机等设备，相关技术已经或逐步应用于高速电机、微型燃气轮机、高速涡轮发电机等民用及航空航天设备中。冯凯现在还记得，2012年，他从日本东京大学完成博士学业回国，当他参加学术会议，向大家介绍“气浮轴承”时，大家向他投来的“怀疑”目光。而如今，“气浮轴承”开始在国内多行业多领域应用，他的团队，更被大家称为“气浮轴承”的“黄埔军校”。
“气浮技术，带来的是设备技术的革新，它可能会衍生、催化更多的新技术、新装备。”冯凯期待，气浮技术能在我国更多领域“开花结果”，助力中国制造。
来源：湖南大学新闻网
