著名空气动力学家:庄逢甘

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来源:党委宣传部

庄逢甘(1925—2010),江苏常州人,空气动力学专家。1946年交通大学航空工程系毕业,1947年赴美国加州理工学院攻读航空工程和数学学位,师从国际著名流体力学家李普曼教授,并得到钱学森的指导。1950年8月,在获得加州理工学院航空和数学博士学位后毅然回到祖国。回国后曾任“哈军工”空军工程系教授,1956年调入国防部五院,筹建空气动力所。庄逢甘主持了中国航天空气动力学试验基地的规划和建设,建成了从低速到高超音速的成套设备,并组建了一支空气动力研究的骨干队伍,在中国航空、航天以及导弹武器的气动试验和研究设计中发挥了重要的作用。1980年当选为中国科学院学部委员(院士)。先后任北京空气动力研究所副所长、所长、名誉所长,中国火箭技术研究院副院长、中国空气动力研究与发展中心副主任、航天工业部总工程师等职。第三届全国人大代表、第五届全国政协委员、第八届全国政协常委。

著名空气动力学家:庄逢甘

2010年11月8日凌晨2点半,中国航空航天空气动力学开拓者庄逢甘院士在北京溘然长逝,走完了85岁的一生。这位饮誉世界的空气动力学专家,追随钱学森半个多世纪,奠定了我国航空航天空气动力学发展的基础,并将毕生心血倾注其中,至死不渝。“病重住院期间,父亲仍然时时惦记着工作”,其子庄飞这样说。庄逢甘常对前来探望的人表示,病好了以后还要回去工作,要“大干一场”。可是,这次他的愿望没有能实现。

追随钱学森走上“空动”研究之路

1925年2月,江苏常州一户以榨油为生的人家喜得贵子。也许是为了表达久旱逢雨的盼子之情,父亲庄德成为儿子取名逢甘。10岁那年,庄逢甘进入常州县立初级中学学习,成绩出众、文理兼优。几年后日军侵华,深受民族气节教育的他心急如焚,只恨自己不能跃马横刀走上抗日战场。

1942年,庄逢甘进入交通大学航空工程系,寻求航空救国之道。5年后,他远赴美国加州理工学院深造,在著名流体力学专家李普曼教授的指导下攻读航空工程和数学专业。当时,钱学森正好在校任古根海姆喷气推进中心主任,庄逢甘不仅有幸得到了钱学森的业务指导,还有机会与他交流发展中国航空事业的理想。1950年,由于庄逢甘在湍流统计理论方面的杰出才华,在他获得博士学位前,已收到学院让他留校当研究员的聘书。不久,与庄逢甘住在一起的罗时钧对他说:“我给你讲个消息,钱先生决定要回国了。”这是罗时钧作为保密消息告诉庄逢甘的,庄逢甘回应说:“钱先生要回国?那我还不如早点回去,我也早点考虑这个问题。”新中国的成立,特别是抗美援朝战争爆发的消息传到大洋彼岸,庄逢甘听到祖国的召唤,再也按捺不住。1950年8月,他毅然放弃在美国已经获得的荣誉和地位回到祖国,随后担任交通大学数学系副教授。没想到的是,钱学森由于美方的阻挠,一时难以回国,而庄逢甘却后发先至,在国内等候钱学森,这一等竟是五年。

1951年7月,经知名学者周培源、钱伟长推荐,庄逢甘被调人中国科学院数学研究所任副研究员,兼北京大学物理系副教授。1953年中国人民解放军军事工程学院在哈尔滨成立,陈赓将军点名将庄逢甘调到“哈军工”空军工程系任教授,讲授空气动力学并筹建实验室。两年后,钱学森到“哈军工”参观,一到学校,便要求与庄逢甘、罗时钧俩人见面。分别五年后在祖国重逢,庄逢甘和罗时钧都十分兴奋。庄逢甘说:“你回来了,这下可以好好研究一些理论了。”钱学森对他说:“现在主要不是搞理论研究,而是要搞工程建设。没有工程建设,研究就是空的。”一席话,给庄逢甘深刻的启迪。不久后,钱学森向国务院递交了《建立我国国防航空工业的意见书》,草拟了我国火箭、导弹事业发展规划,开列了参与此项工作的21位高级专家名单,其中便有庄逢甘的名字。从此,庄逢甘在钱学森的直接领导下,走上了火箭、导弹空气动力学研究的道路,并逐渐成为一名饮誉世界的空气动力学专家。

1956年庄逢甘调入国防部五院,筹建空气动力所。在钱学森的领导和指挥下,庄逢甘主持了中国航天空气动力学试验基地的规划和建设,到20世纪60年代末,中国第一个试验设备配套、厂房雄伟、技术力量齐全、崭新的航天气动试验研究基地诞生了。它的名字就叫北京空气动力研究所,代号701研究所。钱学森高兴地看到自己规划建设的北京气动所的蓝图已经实现,以十分喜悦的一心情对此做出高度评价:“在基础条件不好的情况下,我们只用了美国一半的时间,就建成了空气动力试验基地,初步掌握了跨、超音速生产性风洞的型号试验工作。”

给卫星、导弹研制架设“高速通道”

1980年5月18日,我国成功地向太平洋海域发射洲际导弹,一石击起千层浪。西方航天专家立即做出推断:中国已经建成了专门从事飞行器空气动力试验的秘密机构,而且具备了相当的规模和较高水平。这样的推断并非空穴来风。空气动力学在航空航天业发展中被誉为“先行官”,有着举足轻重的作用。德国、美国、苏联等世界发达国家几乎毫无例外地成立了国家级的研究试验机构。

1956年10月,我国国防部第五研究院成立,最早组建的10个研究室中的第七室就是空气动力学研究室。年仅31岁的庄逢甘被钱学森点名担任该室的技术负责人。空气动力学研究试验有三大手段,风洞始终占据着主导地位。风洞是一种能产生人工气流,并能观测气流或气流与物体之间相互作用的管道装置,不同流速、密度和温度的气流能模拟各种飞行器的真实飞行状态。对于飞机、导弹、卫星来说,没有风洞,就意味着要做实弹试验,而一次试验的花费则高得惊人,庄逢甘深感重任在肩。1957年8月,他起草了第一份中国航天空气动力学试验基地的设备规划,随后在外援中断和严重自然灾害的困难条件下,庄逢甘带领一支年轻的队伍开始了逆风飞扬的艰苦征程。七载寒暑,他们踏遍蜀道,愚公移山般地选址凿洞,当地老百姓看见他们把仪器架在山坡上,甚至以为遇到了看风水的阴阳先生。

钱学森认为空气动力研究中风洞试验还要与理论计算紧密结合,因此,要求庄逢甘在抓紧风洞设备建设的同时,还要抓紧理论计算队伍的建设和计算机的配置。1960年初,五院空气动力研究所成立了理论研究室,通过承担型号研制中提出的气动课题,培养了一大批理论研究人才,并配置了全国第一台电子管式电子计算机——乌拉尔-2。对于理论研究工作,钱学森提出了“为型号服务”的方向,在当时的型号研制中发挥了作用。在成立理论研究室时,庄逢甘曾向五院党委写信,汇报空气动力学如何为型号服务的想法。1960年1月27日,钱学森就庄逢甘的信做了回复。

庄副所长:您在二十日给党委的信,党委要我来复三个问题。

1.空气动力设计问题,作为红旗1号型号委员会的委员,是负责空气动力方面的,您完全可以,而且有责任抓这个问题。您可以到设计部门去了解,去听汇报。

2.风洞、试车台、试验件的加工问题,现在已经作了安排,能满足您提的要求。

3.型号委员会的问题,作为委员,您可以把您的意见向型号委员会的主任及副主任提出。

以上的意见,我已向钱文极主任及屠守锷副主任说明。我们想您能这样地提出问题是非常有利于工作的。

钱学森 1960.1.27

从上述信件可见,钱学森早在1960年就明确提出空气动力研究所的研究工作要和型号的设计密切配合,争取在型号设计中发挥更大作用。在钱学森的直接领导下,庄逢甘在科研一线解决了一系列导弹、火箭、飞船的关键气动问题。

1964年,国防科委成立了以钱学森为组长、庄逢甘等任副组长的空气动力学专业组,对全国空气动力学试验基地的设备建设做了全面规划。从1965年中国首座风洞设计起到20世纪80年代陆续建成,庄逢甘一直是技术负责人之一。在他的正确决策和指导下,先后建成了达到国际水平的跨超声风洞、高超声风洞等设施,形成了气动试验新的规模,奠定了我国航空航天空气动力学发展的基础,对我国飞机、导弹、运载火箭、卫星等各种飞行器的气动试验和研究设计起到了重要作用。

“空动”前沿的开拓者

1964年10月16日,我国在西部地区爆炸了一颗原子弹,成功地进行了第一次核试验。1967年6月17日,我国又在西部地区成功地爆炸了第一颗氢弹。此后外界惊呼:“东方巨龙终于打进了世界核俱乐部!”实际上,我国当时尚未真正具有核威慑力量,因为我国的核武器运载工具——洲际导弹——还没有研制成功。由于“有弹无枪”,弹只能“待”在家里。

1969年、1971年,我国接连进行了两次洲际导弹飞行试验,但均因弹头再入时被烧穿,致使试验失败。试验人员从捡到的端头帽上发现导弹头部都有一条七八毫米的沟槽,这触发了中国洲际导弹研制史上一场规模空前,被钱学森称为“淮海战役”的弹头再人气动、防热研究的战役。

其实,钱学森在长期的实践中,总结出一套根据系统工程的原理,采用理论计算、风洞试验和模型自由飞试验等三种气动手段和总体工作,组织型号气动问题的关键技术攻关的方法。围绕再入飞行器的气动防热问题,应用这种方法,由钱学森亲自指挥和由庄逢甘具体组织开展了攻关工作。早在1964年,钱学森就十分重视再人飞行器防热问题的研究。由钱学森倡议,组成了一个再入飞行器防热研究的全国性的研究协调组,钱学森亲自担任组长。参加研究的单位除了国防部第五研究院的多个单位外,还包括中国科学院的力学所等单位。钱学森亲自组织协调研究工作。1964年12月,召开了研究成果的汇总汇报会。在这个会上,钱学森提出中国的再入飞行器防热要走烧蚀防热的道路。

1975年,在远程导弹再人飞行器研制中,遇到了两大技术难题:一是再入飞行器防热问题,二是再入飞行的稳定性问题。1975年9月10日,由钱学森挂帅,庄逢甘主持,集中组织了全国各有关工业部门、科学院、高校空气动力研究所、研究中心、实验室的专家,进行了一场攻克再人防热和飞行稳定性的大会战。钱学森在动员会上指出,再人飞行器的气动防热是研制远程导弹的关键问题,要用系统工程的办法来攻关。他称这次会战是一次空气动力学界的“淮海战役”。他又指出,“人生能有几回搏”,号召大家要用拼搏精神参加这次大会战。

庄逢甘被国防科委和七机部委以“淮海战役”前线指挥长的重任,承担“烧蚀防热研究”攻关。这使他成为我国烧蚀防热气动理论、烧蚀实验和测试技术的开拓者。“淮海战役”集中了全国气动领域的精兵强将,庄逢甘则是名副其实的“统帅”。然而在科研一线,却经常可以看到他像一位普通技术人员一样,亲自参加试验甚至记录各种数据。他说,唯有这样做,决策起来心里才踏实。

在庄逢甘的组织下,采用了系统工程的方法,把上述两个关键技术分解成若干专题,按空气动力学特点,按照上述解决气动问题的三大手段进行分解。整个工程项目下再设专题、课题组。考虑到各单位的气动计算和风洞试验结果可能会差异较大,因此,每个题目都起码有两个以上单位同时承担,尽可能用不同的方法进行研究,以确保结果的正确性。型号总体部和研究试验单位组织起来,对项目的进度、质量。及时检查、协调、总结和交流,然后再逐项综合集成,提出结论性意见,最后组织专家评定。

经过一年多的共同努力,1977年2月,又一次攻关会议召开了。钱学森再次参加了会议,听取了一年来的工作汇报和结论。在会议上,经过专家评议,一致认为两个关键技术已经基本突破。会议上虽然还提出了一些问题和需要深入开展的工作,但这些问题不会影响再人飞行器进行模拟真实再人条件的飞行试验。最后确定关键技术问题是否真正解决,还必须由飞行试验结果来证实。

虽然飞行试验的成功证实了上述结论,但由于任务的扩展和再入飞行器气动防热问题的复杂性,有关领导决定这样的攻关工作仍将继续下去。1979年召开了第三次会议。会议以第二代再入飞行器为背景,通过了《1979-1985年再入飞行器气动力学和气动热力学研究试验大纲》。在制定这份大纲时,研究人员主动采用了钱学森倡导的系统工程原理,将整个工程作为一个大系统,进行系统分析和系统论证,从而使得整个研究试验工作具有明确的整体目标和阶段目标,而各种手段和各个课题相互配套,以促进当前工作和长远工作的结合。这十分有利于合理安排人力和资源,提高研究试验工作的效率。这份大纲是在庄逢甘亲自领导下,由起草小组经过长达半年的调查研究后编写出来的。经过会议充分讨论后,大家对再人问题的认识又有了提高,其结果最后发表在1984年《宇航学报》——由庄逢甘、黄志澄、董兴德署名的论文《再人问题的理论与实验》中。

实践证明,由钱学森倡导、庄逢甘具体执行的集中力量、应用系统工程的方法进行关键技术攻关的模式,是十分有效的。在以后的载人航天工程飞船返回舱空气动力学和防热的攻关中,也采用了类似的系统工程的攻关方法,同样取得了良好的效果。经过十多年奋力攻关,庄逢甘有效地利用人力、物力和现有科技成果,解决了再人弹头的气动、防热和再人物理多项重大技术的关键问题,形成了具有自己特色的中国气动研究和发展模式。

庄逢甘还非常重视流体力学前沿问题的研究,十分注重新观点、新概念、新方法和新理论的探索。1989年他主持建立了国家自然科学基金重大项目“旋涡、激波和非平衡起主导作用的复杂流动”课题,带领百余名科技人员,对非定常流和旋涡运动,从理论、实验和数值模拟等方面开展了系统研究,取得了重大进展。这一前沿课题,孕育着下一代航空航天飞行器的许多新概念,具备很大的应用价值和广阔的发展前途。

美满的婚姻,幸福的家庭

除了事业上成果卓著,庄逢甘的家庭也是幸福美满,令人羡慕的。他和夫人戴淑芬自1953年结婚以来,一个举案齐眉,一个敬如上宾,呈现出科坛伉俪高尚的人格魅力。1952年暑假过后,中科院数学研究所的庄逢甘以兼职副教授的身份,给北京大学物理系气象专业三年级学生开了一个学期的课,讲授“流体力学”。讲台上这位27岁的归国博士才华横溢,很快得到了学生的尊敬和崇拜,戴淑芬也是其“粉丝”之一。

期末考试后,戴淑芬感觉考得不好,心中内疚,于是满怀歉意地给庄逢甘写了一封信:没有学好老师的课,对不起老师,不知还能否再见到老师。没想到几天后,庄逢甘专门从中科院数学研究所来到北大女生宿舍看望大家,像兄长一样和蔼可亲。当戴淑芬送他离开时,庄逢甘问她星期天是否有时间,要请她吃饭。从此,每周星期天都成了这两位青年的幸福时光。

1953年9月1日,中国人民解放军军事工程学院在哈尔滨成立,庄逢甘被调到哈尔滨。同一天,他与戴淑芬喜结连理。没有婚礼,两人只是照了一张结婚照。婚宴也很简单,全部内容仅为25个水饺,新郎吃了15个,新娘吃了10个。然而正是这样简简单单走到一起的两个人,在此后半个多世纪中从没吵过架,始终同甘共苦、相濡以沫。

庄逢甘时常检讨自己一生不管家务:“我干家务事,名为帮忙,实为添乱。”但细心的戴淑芬一直坚持照顾他的起居生活。直到80多岁腿脚不便,庄逢甘还坚持上午上班,都是在夫人的搀扶下先到食堂用餐,然后走进办公大楼,令旁人又是羡慕,又是钦佩。

回忆自己的父亲,庄飞对庄逢甘印象最深刻的是他的教育方式。“父亲对我们很少‘言传’,更多是‘身教’。”他说,“他自己非常刻苦,我记忆中,他下班回家也总是在看书、写文件,每天工作到很晚。这样的工作、学习精神,让我们从小就受到了感染。”

“师生情谊”相伴随

自从庄逢甘1956年调入国防部五院,在钱学森的直接领导下,从事火箭、导弹空气动力学研究开始,每当遇到较大问题时,他都要向钱学森请示,并坚决按钱学森的意见去办。为了工作方便,庄逢甘一家还长期住在钱学森家的楼上。每逢春节,在北京的庄逢甘都要到钱学森家相聚,一起吃一顿饭,保持着从美国加州理工学院开始的师生情谊。回国后的半个多世纪中,钱学森与庄逢甘两家亲如一家。下面是庄逢甘对钱学森先生的深情回忆。

大家都说我是钱先生的学生,应该说我很希望是他的学生,现实中我并不能算是他“正规”的学生。我在加州理工学院上学时,原打算结束学业后留在美国,当时我已经接受了学院的聘请。但很快,抗美援朝战争爆发,我了解到钱学森先生要回国,于是改变了自己的计划,也要早点回国,钱先生直接影响了我。

我头一次见钱先生是1947年8月,在美国我去加州理工学院之前,听钱先生做工程科学的报告。之后,我对工程科学的兴趣越发浓厚。20世纪上半叶,工程科学里很多都是借鉴经验判断,知其然不知其所以然,而钱先生则注重发展技术科学。后来我专业从事空气动力学,空气动力学是全新领域,由于航空技术的发展,设计要求的准确性越来越高。空气动力学主要靠三大手段:风洞试验、飞行试验和理论分析计算。对此,钱先生第一是抓风洞建设,第二是倡导从设计上优化数据。

20世纪60年代初期,为了开展中远程导弹的研制,我们召开了专题会议。钱先生提出,最重要的是风洞建设,要尽快使风洞的常规试验过关。钱先生看得很远,他经常讲:外国人能干的我们一定能干。他的这种不服输的精神对我们是很大的鼓舞。1963年,我们的研制遇到困难,钱先生把我们的攻关叫做“淮海战役”。我们对这次“淮海战役”印象非常深,它真的扭转了中远程导弹的研制局面。

2009年10月31日,98岁的钱学森先生在北京去世,我心里很悲痛,因为我失去了一个真正的导师。现在,我希望尽可能多地做事情,让钱先生遗留下来的东西更好地发挥作用,更好地告慰先生。

(执笔:黄迪民)

主要参考资料

[1]《力学进展》编辑部.沉痛悼念著名空气动力学家《力学进展》原副主编庄逢甘先生,2010.

[2]网络素材.