航空航天固体力学专家:许玉赞

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来源:党委宣传部

许玉赞( 1909—1985),浙江嘉兴人,航空航天固体力学家和教育家。1932年毕业于交通大学机械系,1934年公费留学赴意大利都灵大学学习航空工程,1936年获博士学位。1937年回国后,曾在南昌飞机制造厂等任工程师。1942年5月后,先后任西南联合大学、交通大学、华东航空学院、西安航空学院和西北工业大学教授。他编写了中国第一本有关飞机结构的中文教科书《飞机结构学》,1978年荣获全国科学大会奖。1980年任中国航空学会结构与强度专业委员会委员,兼任《航空学报》编委。

许玉赞从事科技和教育工作50余年,为推动和发展固体力学在航空航天工程中的应用做出了具有开拓性和创造性的贡献,也为中国航空航天工程教育辛勤耕耘,贡献了毕生精力,培养了大批有用人才。

人生经历

许玉赞,1909年3月2日出生于浙江嘉兴南堰镇,自幼家境贫困,父母早故。1924年初小毕业后无力继续求学,赴嘉兴一家南货店当了一年多学徒。在此期间,少年许玉赞并没有放弃学习念头,反而更加珍惜时间,努力自学文化课程,利用旧包装纸演算数学题并练得一手好字,借此为将来有机会再进学校学习或谋生创造条件。后来,依靠一位过继给富家为子的兄长的资助,许玉赞得以返校复学。经历过这一段艰苦生活和饱尝失学的痛苦后,他深感复学机会来之不易,更加发奋苦读。凭借优异的学习成绩,通过跳级和转学插班,在短短三年半(1925—1928年)时间内许玉赞完成了高小和中学学业,之后顺利考进交通大学机械系。毕业后他先去唐山机车厂见习工作一年,1 933年往南京社会局工作。1934年,当时教育部受航空委员会委托,公开招考西欧公费生赴意大利学习航空工程,许玉赞从200余名考生中脱颖而出,成为被录取的25位考生中的一员,赴意大利都灵大学航空研究院学习,1936年获博士学位。

为抗日救国,许玉赞1937年回国即赴中意合办的南昌飞机制造厂任工程师。1938年许玉赞不甘当亡国奴,毅然随工厂内迁继续为“航空救国”做贡献。到内地后,他辗转汉口、昆明和中缅边境一带,在中美合办的中央杭州飞机制造厂工作,在西南大通道航线上辛勤奉献。时常遭遇日军战机狂轰滥炸,工厂只好后撤。保山浩劫,让工厂器材受到摧毁性损失。那天中午,许玉赞因一闪念去了另一家饭店用餐才幸免于难。战争的残酷和技术落后让他毅然决定从事航空教育和科研工作。1942年5月起,许玉赞在昆明西南联大出任教授。同年8月,上海交通大学重庆分校改名为交通大学,航空系主任曹鹤荪教授邀请了包括许玉赞等一批具有真才实学、倔强精神的年轻教授加盟。1949年上海解放前夕,他毅然拒绝了招商局中兴轮船公司邀请他携带家属前往台湾工作,选择留下来迎接上海解放,并满腔热情要为祖国建设事业做出贡献。1951年抗美援朝期间,祖国人民掀起捐献飞机大炮高潮。许玉赞与夫人商量后,决定将自己包括在校外兼职积蓄下来的几十根金条捐献出来,体现了崇高的爱国情怀。从1942年到1952年十年间,交通大学航空工程系共毕业180余位学生,其中40余位在国内外航空工程界享有盛誉,其业绩归功于交通大学的优良传统,也归功于包括许玉赞在内的教授们的教导有方。

1952年全国院系调整,交通大学航空工程系与南京大学、浙江大学的航空工程系合并,在南京成立华东航空学院。他从繁华的上海来到宁静的紫金山麓。四年后学院西迁改名为西安航空学院,他又举家从祖国的南方来到当时还较荒僻的大西北,并于同年加入中国共产党。许玉赞经历过新旧中国两个截然不同的时代,对两种制度有着深切的体会,有着鲜明的爱与憎,在大是大非上态度明朗。他一次又一次听从党的召唤,不讲条件,一心一意地为祖国航空航天教育事业辛勤耕耘。1957年,西安航空学院与西北工学院合并成立西北工业大学。1958年,西北工业大学自行设计和制造的“延安一号”飞机成功上天,他担任了“延安一号”飞机的总设计师。“文革”中他厄运难躲,恢复工作后他将扣发的工资作为党费全部上缴。经历“文革”后,他身心备受摧残,但没有影响他的信念,带病坚持工作,立即投入“翼面矩阵分析”的科研课题工作之中。

许玉赞在西工大先后出任飞机设计、飞机强度、导弹设计和导弹强度等专业的学术带头人。主持筹建航空和航天静动力实验室;主持编写和翻译中国首批航空和航天结构强度方面的教材;主持并亲自参与完成一批固体力学及其在航天工程中的应用等重大课题;亲自执鞭给本科生和研究生上课,并悉心指导青年教师和国内访问学者,为创建和发展壮大这些专业学术队伍做出了重要贡献。西工大飞机强度专业水平高、力量强、贡献大,多年来重点学科地位没有受到动摇,而导弹设计与强度专业一直以来承担并完成来自航天等部门多个重大课题,给航天部门研究院、所等输送了一大批科技人才。饮水思源,这些成就的取得,与许玉赞等老一辈科学家和教育家的开创性工作是分不开的。

学术生涯

许玉赞的学术生涯可谓是固体力学在航空航天工程中应用发展史的缩影。

20世纪50年代,飞机结构多涉及杆系结构,许玉赞从事采用刚度法分析杆系结构和压杆稳定性等研究。20世纪60年代,许玉赞转入宇航工程系后,重点转移到板壳结构受力分析和稳定性分析等研究。1 966年前完成了国防部五院提出的两个重要课题。第一个是夹玻璃纤维材料截锥壳在轴压和外压联合作用时的稳定性分析。当时国外文献只有少量关于缠绕结构玻璃钢的弹性模量确定的报道,如何应用于夹玻璃纤维材料之中尚无文献可供借鉴。许玉赞及其助手在分析大量英俄文献基础上,从最基本的弹性理论出发,通过一些工程认可的假设,推得适用于不同弹性模量的平衡方程。许玉赞及其助手的贡献是在方程中引进了一个体现壳体几何特征的几何参数,这样方程可适用于分析不同形状的壳体,使之具有普遍意义。当时计算手段比较落后,只有电动计算机可供使用,经过整整两个多月的日夜计算终于求得临界曲线,其几种特例与已有文献结果相符,以此旁证该研究成果的可靠性。原计划采用金属锥壳进行实验验证,可惜加载测试设备难以落实被迫中止。此项目前后历经一年有余。与课题相关的论文在1963年中国航空学会成立大会上宣读,与会者对该论文很感兴趣,并进行了热烈讨论,评价较高。第二个是局部固定变厚度板的静动力分析。许玉赞及其助手认为采用解析法求解是不可能的,而数值法中的差分法是可取的。但在当时手摇、电动计算机一统天下的年代里,要实现差分法求解难度很大。许玉赞主持的课题组成员与国防部五院研究人员、中国科学院西北计算技术研究所研究人员和西北工业大学计算数学专业师生通力合作,建立了符合当时计算条件的力学模型、计算方法,并编制计算机程序,在西北计算技术研究所刚建成的一台大型电子计算机上算得满意结果,受到委托单位的好评。这个课题,为以后自行研制新产品提供了可行途径,同时也提高了参与人员的业务水平。

20世纪70年代初期,许玉赞虽身受“文革”的难磨,但他不计个人恩怨,对党仍忠心耿耿,全力投入科研与教育事业中去。他接受了某厂强度组提出的“弹翼应力分析”课题任务。该弹翼是由上下面板中间夹有射线型分布加强梁的变厚度面板,局部嵌入式固持于弹身上,由两块板通过铭铣后热弯合成。此时有限元法和计算机应用已开始在中国各行业中推广和使用。许玉赞主持的课题组与北航的老师以及厂技术人员通过充分讨论提出了两种有限元模型,即由上、下面板和梁组合的平面应力元和梁元组合的模型和由板和梁组合的中空三层板的板弯模型,推导了变宽度、变高度的梁单元刚度矩阵。此时计算条件也明显改观,课题组成员可以自编程序,穿孔并调试程序,赴航空航天部所属研究所计算机上算题,经过近两年努力,圆满完成该课题。计算结果与工厂实验之差在5%之内。厂方对此课题成果很满意,由厂方主动提出共同申报全国科学大会奖。研究表明,对于比较刚硬的翼面宜采用板弯模型,而比较柔软的里面可采用平面应力模型,分析方法和相应程序可适用于实心板和各类夹层板的承弯分析。该项目的相关论文在1976年中国航空学会学术会议上交流。《翼面矩阵分析》论文在1979年《西北工业大学论文选》上登载。1982年,美国空军将其译为英文,并作为NASA N82-10996报告发表,美国国防技术文献中心也以AD-A115866报告转载。此项目荣获1978年全国科学大会奖。值得一提的是,改革开放前,高校科研课题来源与经费、成果、出版等方式与现在不可同日而语,加之航空航天课题成果和出版更受到一定限制,能得到上述殊荣实属不易。

20世纪80年代,随着有限元法和计算机技术不断发展和完善,许玉赞开始研究板壳非线性有限元分析。1983年他获得中科院科学基金资助立项“板壳非线性分析”。该课题采用有限元法求得考虑材料、几何非线性板壳结构在外载荷作用下全程载荷位移曲线。内容包括前屈曲非线性路径描述,临界点(分叉点和极值点)的确定和屈曲后路径求解方法的探讨等。课题涉及的一些难点,例如组合弧长法求解非线性有限元方程、临界点位置的判定方法和分叉路径描述等都是当时计算力学中的研究热点。课题组在由国外引进的专供建文非线性板壳单元用的程序系统基础上,修改并插入了上述功能,完成了预期指标。课题组撰写了三篇论文,相应的程序也被航空工业部某大型分析程序系统采纳使用。后期课题组成员赴德国、荷兰讲学,部分内容取自该课题研究成果,获得了包括提供板壳分析系统的国内外同行等的一致好评。

教育成就

许玉赞编写了中国第一部有关飞机结构的中文教科书《飞机结构学》。1952年,许玉赞取材于当时风行美国,由Niles与Newell合著的《飞机结构》,编写了《飞机结构学》,由中国科学图书仪器公司出版。全国院系调整前,国内工科大学教材大多选自英美教材,华航成立后,苏联教学计划、教学大纲陆续到校。结构强度专业意外得到一本苏联原版《飞机结构力学》。许玉赞利用自己的俄文基础,组织并亲自参与翻译,很快译出,并于1954年6月由高等教育出版社出版。次年5月,他与人合译的《飞机各部件设计》出版。这些教材是新中国成立以来问世最早的有关航空结构强度方面的苏联教材,所起的作用不可小觑。1959年,随着航天工业的兴起和发展,西北工业大学新建导弹系。许玉赞由飞机系调入该系,当时面临的首要任务又是教材的选编。根据国防科委的指示,航天结构强度方面的系列教材编选由许玉赞和北航王德荣教授主持组织。他又一次承担起组织编写有关导弹构造设计和强度方面系列教材的任务,在中国亦属首次。

许玉赞作为一位老教授,对新生事物十分敏感并积极投入,精神可嘉。他重视固体力学在工程中的应用,一直很关注弹性力学中的数值解法。早在20世纪50年代,英美盛行采用力矩分配法、渐松法等求解静不定结构时,他由苏联教材中发现这些教材偏重于用力法求解,深思其由,认为电子计算机诞生会促使矩阵力学得到发展。于是他鼓励青年教师学习矩阵代数。在本科教学中,他也插入这部分内容。在筹建西北工业大学静动力实验室时,一位青年助教(该实验室主任)请教他如何设计地轨时,他竭力推荐采用差分法进行分析。自20世纪60年代初开始,在他给研究生制订的教学计划中,特别强调学习应用弹性力学,学习用数值方法求解弹性力学问题。到20世纪70年代,他就采用有限元法分析工程实践中的许多固体力学问题。20世纪80年代中期至90年代,许玉赞悉心指导下的一支学术梯队采用有限元法分析弹塑性接触问题、非线性结构稳定性、结构优化设计、热应力分析和结构动力学,完成了某战机全机分析、固体发动机优化设计、发射架静动力分析、翼面屈曲后承载能力、轮胎分析等众多工程实践课题,编制了包括航空航天结构分析系统、接触应力分析等程序系统,供设计、研究单位使用。

许玉赞认为科技的进步需要注重高校的基础教育。他亲赴教学第一线,上讲台给本科生上课。20世纪50年代,他利用课余时间,与大学生座谈,讲述自己在艰苦条件下勤学苦练,勉励大学生珍惜大好时光,好好学习,为祖国航空事业做出贡献。许玉赞自1956年开始招收飞机设计专业两年制的研究生,1958年起招收直升机、导弹、火箭等专业两年制的研究生,1961年起对导弹设计与强度专业研究生进行指导。此外,许玉赞还接待来自地方和军队院校的访问学者,通过交流,共同进步。这些访问学者后来大都成为院校的业务骨干。与此同时,他十分注重学术梯队建设,先后培养出一批又一批高水平的学术骨干。许多年轻教师在专业、基础科学和外语等方面得到他的具体指导和帮助。

严谨踏实,平易近人,用高尚品质深刻地影响他的同事和学生。许玉赞要求研究生要阅读经典名著,例如铁木辛柯的《板与壳学》和《结构稳定理论》原版,要求学习全部内容。同时他又十分重视应用性的学习,例如选用王启德编著的《实用弹性力学》英文原著,强调弹性理论中数值解法的重要性。当研究生完成论文时,他一定会亲自逐字逐句进行审查修改,严格把关。平时答疑时,他会先要求研究生对该问题提出自己的看法,充分发挥研究生学习的主动性和积极性,然后再给予指点。他要求论文中引用的公式必须自己推导证实后才能应用。对研究生要求严格,但当研究生遇到困难时,他会全力以赴协助解决。例如某研究生在推导充有弹性介质圆简壳在外载作用下的反力项遇到困难,许玉赞花了几天时间,用了320多页纸一步一步列出演算过程求得结果,可见许玉赞基础知识功底深厚,加之字迹十分端正,研究生十分感动。这足见许玉赞处事十分认真,言传身教。许玉赞能恰到好处地提出涉及方向性的指导意见。记得1 984年的一天,许玉赞身体欠佳,行走困难,为了让研究生按时进行论文答辩,他将答辩委员们请到家中来完成答辩过程。由此足见他办事严谨、认真负责的作风。许玉赞在学术上是一位非常严格的导师,但在生活上则是研究生们的朋友,可谓严师益友。他对待青年教师和学生谦和、亲切,台上是老师,台下不论年龄差异,是朋友。他在赠给他的助手第一本书《飞机结构学》扉页上写着:“××兄指正,弟许玉赞敬赠”,论年龄先生是他长辈,论学识先生是他师长,这让这位老师内心马上涌起一股莫名的感动,眼泪都要流了出来。许玉赞经常亲自走访研究生宿舍,但由于患气喘病,上楼梯时总是迈着艰难步伐,要休息几次,此番情景令研究生们十分感动。难怪不少人对他的研究生们说:“你们真幸福啊!”记得1980年初,得知一位青年教师拟赴国外进修,他十分高兴,并翻箱倒柜找出西装送给他,令人感激。他还经常给有困难的青年教师和学生们物质帮助,平时问寒问暖,犹如长辈一般。他为人低调,从不与人争名争利,从无贬人之言,甘当老黄牛。

许玉赞的一生是艰苦奋斗的一生,是为他终生奋斗的航空、航天科研和教育事业鞠躬尽瘁的一生。他出身清贫,苦难的历程促使他不断钻研,奋发图强,获得了事业上的成就。他为人谦和、正直、真诚,待人厚,处己俭,日常生活中平易近人,大家都说他是平民教授。他治学十分严谨,一丝不苟,数十年如一日,是一位杰出的航空航天专家和教育家,值得我们永远怀念。

(执笔:竺润祥 顾松年 焦景广)