深耕声学和感知，赋能航空与工业
2025-09-16
7022
在科技飞速发展的今天，声学感知与信息处理技术在众多领域的重要性日益凸显。从航空航天装备到工业机械装备，从低空经济到大飞机，从大科学装置风洞到“两机”（指航空发动机和燃气轮机），先进的声学和信息技术已经成为绿色和安全的关键。西北工业大学民航学院余亮教授，作为一名80后青年教师，始终践行一个朴素的信念：一生只做一件事，为国家培养人才！他带领团队在“机械装备振动/声学感知和智能信息处理”领域深耕十余年，取得了丰硕的科研成果，为学术进步和行业发展贡献了重要力量。
理论方法创新，破解行业技术难题
余亮教授带领团队形成了合成孔径阵列非同步测量、旋转机械振动/声学的循环平稳建模和反演、复杂干扰下时变子空间贝叶斯学习的振动/声学精准测量、最优传输的振动/声学智能化建模等一系列理论和方法研究成果，研制了声弹性波感知用传感器和测量系统，建立的理论和方法应用于源识别、模态识别、阻抗提取和故障诊断等。这些理论和方法应用于航空机械装备的研制中，有效提高了装备的振动和噪声的性能，为保障航空机械装备的绿色和安全稳定运行提供了重要支持。其中特别值得一提的是传声器阵列的合成孔径非同步测量方法，针对传统声成像理论中成像分辨率受到传声器阵列孔径和密度限制问题，巧妙地通过移动阵列测量的方式，实现合成高密度传声器和大孔径阵列，发展了非同步测量下声压互谱矩阵相位信息补全和高分辨率反演成像理论与方法，为声学全频段和大空间全场测量提供了新的理论和测试方法。领域知名专家曾指出非同步测量波束形成可以扩大阵列规模，拓宽工作频率范围，是理论研究和工业应用中极具前景的方法之一。
技术成果落地，架起产学研桥梁
在先进仪器和测试技术方面，余亮教授团队致力于声弹性波用传感器研制。该传感器具有高精度和抗电磁干扰等优点，在航空航天和能源等领域具有广泛的应用前景。在航空领域，声弹性波用传感器可用于飞机结构健康监测，实时监测飞机机翼、机身和尾翼等关键部位的应力和应变情况，为飞机的安全评估提供重要数据支持，有助于实现飞机的智能化维护，提高航空公司的运营效率。
此外，在声弹性波传感器技术攻关期间的一段经历也让团队印象深刻。测试过程中，传感器的量程与灵敏度指标难以同时提升，提高量程会导致灵敏度显著下降，而增强灵敏度又不可避免地压缩量程范围。连续多日，大家反复调整结构参数、更换敏感元件、测试不同工艺方案，但结果始终不理想。几个深夜，实验室里的讨论都持续到凌晨。余亮教授在系统分析实验数据后提出一个想法：“是否可以通过优化传感元件的空间布局与材料匹配，在结构层面实现力学传递特性的重新分配，以提高传感器的整体性能？”尽管这个方向意味着之前的部分设计需要重新验证，但团队决定全力尝试。他们重新设计传感器内部结构、更换材料组合，逐次调整工艺参数。那段时间，实验室几乎昼夜不停，失败重复了数十次。直到某天凌晨，新一组实验数据同时显示出高量程与高灵敏度的特征曲线，两个关键指标终于达到协同最优。实验室里有人忍不住喊了一声：“这次对了！”——所有人立刻围拢过来，确认数据后，疲惫的脸上终于露出了笑容。此次突破不仅解决了声弹性波感知的关键技术难题，也为后续开展大规模工程应用提供了可靠基础。整个过程让团队深切体会到，科研攻坚往往是在不断试错与坚持中，才等到转机。
随着人工智能技术的发展，余亮教授团队将其与信号处理相结合，为机械装备声学感知带来了新的突破。利用人工智能算法对海量的振动/声学数据进行快速处理和分析，能够更准确地识别故障模式，提高故障诊断的效率和准确性。例如，在旋转机械故障特征提取方面，基于低秩和稀疏分解以及统计噪声建模的视角开展研究，提出的方法能够有效提取复杂条件下旋转机械的故障特征，为工业生产中的设备维护提供了强有力的技术保障，减少了因设备故障导致的生产中断，提高了企业的经济效益。
在产学研合作方面，团队积极推动科研成果转化，与企业紧密合作，将实验室的研究成果应用到实际生产中，完成了多项产学研合作项目。不仅为企业解决了实际技术难题，提升了企业的核心竞争力，还促进了科研成果的市场化应用，加速了行业的技术升级。
学术育人并重，辐射行业发展能量
余亮教授团队已发表论文200余篇，其中以第一/通讯作者身份在《Mechanical Systems and Signal Processing》（MSSP）、《Journal of Sound and Vibration》（JSV）等国际权威SCI期刊发表论文90余篇。这些论文不仅展示了团队的创新成果，还为全球同行提供了高价值的学术参考，促进了该领域国际学术交流。余亮教授同时担任国际会议ICICSP，MEAE，ICMIE，MAES组委会成员（共服务9届），并于2024年担任机械工程和航空航天工程国际会议的大会主席。同时受邀在多个国际会议做大会报告，将团队的研究成果分享给全球同行，促进了学术思想的碰撞与交流。
在育人方面，余亮教授秉承西工大“总师育人文化”的优良传统，践行“师者如舟，千里育英才”的教育理念。每年迎新季，他总会郑重提笔，为研究生新生亲书寄语，字句之间不仅传递着对学术初心的坚守，更承载着对学子“如何于科研之路砥砺前行”的深切嘱托。他常强调在这个信息纷扰的时代，人人皆有想法，但唯有持之以恒的专注、广博的涉猎与深度的思考，方能将理想照进现实。他勉励学生不畏失败、不骄不躁，始终保持对科研的高度热忱与持久专注，致力于成为具有“总师气质”的领军人才。
余亮教授深知研究生教育对于学术传承和创新的重要性，对研究生的培养有着深刻的理解和独特的方法。他在写给课题组学生的科研方法论中提到，研究生与本科生有着本质区别，研究生要实现思维的飞跃，从知识的获取者转变为问题的发现者和解决者。鼓励学生以批判性思维审视现有知识，勇于质疑并敢于探索未知领域。
在学习方法上，余亮教授强调研究生应采用问题导向的学习方法，遇到问题时迅速构建解决问题的最小知识内核，在解决问题的过程中创造新知识。团队注重培养学生的模型思维，让学生掌握常用数学模型和求解方法，并建立“多模型”思考能力，以应对复杂的实际问题；关注学生的精神风貌和工作态度，倡导学生秉持自信、坚韧执着和勇猛精进的精神，在学术道路上不断攀登。余亮教授团队中已经培养出6名省部级优秀毕业生，众多学生荣获国家奖学金和校优秀毕业生称号。
余亮教授团队在“机械装备振动/声学感知和智能信息处理”领域的研究成果，无论是在学术还是行业应用方面，都具有重要价值。他们的研究不仅推动了相关学术领域的发展，还为航空航天和机械装备等行业的技术进步提供了有力支持。在国家鼓励科技创新和推动产业升级的政策背景下，团队将持续推进创新性研究，为我国声学感知与信息处理领域提供更强有力的理论和技术支持。
