我國首座連續(xù)運行的高亞聲速風洞。(圖源:中國航天空氣動力技術研究院)
1950年,莊逢甘在博士畢業(yè)典禮上留影。
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棄醫(yī)從“航”的“非線性先生”
1925年2月,江蘇常州,一戶靠榨油營生的人家沉浸在新生命降臨的喜悅之中。對于孩子的到來,一家人翹首以盼許久,父親莊德成為兒子取名逢甘。
1939年7月,莊逢甘以第一名的成績考取南洋模范中學。高中時,他數(shù)理化成績突出,且各科均衡發(fā)展,穩(wěn)居全年級榜首。
1942年6月,莊逢甘考取上海圣約翰大學醫(yī)科專業(yè),彼時中華大地正深陷日軍侵華的戰(zhàn)火硝煙之中。懷抱“航空救國”理想,莊逢甘決心遠赴大西南,去當時已經遷至重慶的國立交通大學,攻讀航空發(fā)動機專業(yè)。
大學畢業(yè)后,莊逢甘進入美國加州理工學院學習,師承著名流體力學家李普曼教授,攻讀航空工程和數(shù)學專業(yè),開啟了他專注一生的非線性研究。莊逢甘學業(yè)優(yōu)異,各科均取得了A+的成績,贏得了“A+男孩”的稱號。不僅如此,讀博期間,莊逢甘對非線性難題上了癮,與人聊天,三言兩語就轉到“非線性”,大家便送他一個昵稱“非線性先生”。
留學期間,正值錢學森擔任加州理工學院古根海姆噴氣推進中心主任,莊逢甘與其他中國留學生經常受到錢學森的學術指導。
追隨錢學森奔赴“空動”研究之路
1949年10月1日,莊逢甘從廣播中聽到了新中國成立的消息,剎那間,內心似有微瀾漾起,久久難以平復。不久,聽聞錢學森決定回國,他甚為興奮:“這下好了,我們可以同錢學森一起回去干了?!?950年,獲得博士學位的莊逢甘克服重重阻礙終于登上了歸國的郵輪。
1950年9月,莊逢甘到母校國立交通大學數(shù)學系擔任副教授。執(zhí)教不到一年,經知名學者周培源、錢偉長推薦,他被調赴中國科學院數(shù)學研究所力學研究室,繼續(xù)從事流體力學理論研究。其間,他還在清華大學、北京大學兼職授課,并編寫了《工程數(shù)學》《流體力學》教學講義。
1953年,哈爾濱軍事工程學院(以下簡稱“哈軍工”)成立,陳賡將軍親自點將,將莊逢甘調到哈軍工,講授空氣動力學并籌建實驗室。
1955年,錢學森回國后第一時間提出前往哈軍工參觀。彼時,莊逢甘與錢學森已闊別5年。此番在祖國重逢,莊逢甘激動地說:“你回來了,這下可以好好研究一些理論了?!卞X學森語重心長地回應:“現(xiàn)在主要不是搞理論研究,而是搞工程建設。沒有工程建設,理論研究是空的?!边@番話,如醍醐灌頂,深刻啟迪了莊逢甘。
1956年10月8日,國防部第五研究院成立,錢學森院長提名莊逢甘擔任空氣動力研究室技術負責人。自此,莊逢甘在錢學森的直接引領下,毅然踏上航天空氣動力學研究的荊棘之路。
踏出風洞建設“自力更生”路
再入飛行器(能進入大氣層并安全返回地球的飛行器)劃破長空,人造衛(wèi)星成功入軌,神舟飛船往返于太空和地球,嫦娥六號完成世界首次月球背面采樣,祝融號在火星表面留下中國足跡……這些都離不開空氣動力學的堅實支撐。
在空氣動力學試驗研究中,風洞始終占據主導地位。風洞,本質上是一種精妙的管道裝置,能源源不斷地產生人工氣流。借此,人們得以清晰觀測氣流自身的微妙變化,以及氣流與物體之間的復雜相互作用。不同流速、密度和溫度的氣流,在風洞的“指揮”下,逼真地模擬出各類飛行器在真實飛行時的各種狀態(tài)。倘若缺失風洞,就不得不采用真實飛行試驗等方式,成本十分高昂,失敗風險大。
1957年,深感重任在肩的莊逢甘主持起草了我國第一個航天空氣動力學試驗基地的設備建設規(guī)劃,并作為工程負責人簽訂了中蘇空氣動力研究所建設工程協(xié)議。
工程實施不久,莊逢甘和團隊就遇到大麻煩——蘇聯(lián)將派往中國進行援助的專家全部撤走,相關圖紙和技術資料也無法獲取。
變故猝然降臨,整個團隊一時手足無措。但使命在肩,鑄造“國之重器”的任務不能停。莊逢甘向團隊作出明確指示:“外援中斷了,我們要自力更生,依靠自己的力量盡早建成?!?/p>
困境中“鑿”出風洞基地
“一代風洞,一代飛行器”。風洞作為“飛行器的搖籃”,其技術水平直接決定了飛行器的氣動設計能力。
在外援缺失和物資匱乏的環(huán)境下,莊逢甘帶領團隊在北京西南郊的云崗地區(qū)艱苦創(chuàng)業(yè)數(shù)年,建成了9座覆蓋低速到高速的風洞試驗設施,且各項指標均達到預期設計要求。
北京的空氣動力試驗基地初具規(guī)模后,為給第二個試驗基地選址,莊逢甘和團隊踏遍蜀道,愚公移山般地選址鑿洞。在荒僻山間,當?shù)匕傩湛匆娝麄儼褍x器架在山坡上,還以為碰上了四處看風水的陰陽先生。
在莊逢甘的決策和指導下,北京和四川綿陽兩個風洞試驗基地相繼建成。從此,中國有了自己比較完整的空氣動力學試驗研究手段。
從1965年中國首座大型風洞設計起,到20世紀80年代陸續(xù)建成,莊逢甘一直是技術負責人之一。
“空動”征途的先鋒闖將
1969年與1971年,我國連續(xù)開展兩次再入飛行器飛行試驗,卻都因再入時被燒穿而折戟。試驗人員從回收的端頭帽上發(fā)現(xiàn),竟都有一條七八毫米的溝槽。錢學森指出,“東風五號”的氣動防熱是重要關鍵,要用系統(tǒng)工程的辦法對付,打好這一場“淮海戰(zhàn)役”。
莊逢甘擔起“牽頭人”的重任。他廣聚全國科技專家、工程技術人員,大家齊心協(xié)力、集智攻關。歷經無數(shù)個日夜,終于啃下“硬骨頭”,攻克多項關鍵技術,為第一代洲際戰(zhàn)略導彈“東風五號”的研制成功作出重要貢獻,也為后續(xù)導彈彈頭的氣動力、氣動熱和氣動物理的解決打下了堅實的基礎。
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延伸閱讀
莊先生瑣憶
我讀研時,由數(shù)學轉學空氣動力學。莊逢甘先生是我的博士后合作導師。我真正近距離與先生交流,是在博士學位論文答辯會上。
博士后期間,我得到一次6個月出國留學機會,學校有些為難。我忐忑地找先生,先生爽快地簽了字。在選題上,先生希望我能將博士期間的工作往應用上推一步,解決一兩個交叉性問題。在理論和方法上,先生建議我用好新的數(shù)學工具,爭取在非線性經典問題上有所作為。
多年后,我有幸?guī)煆南壬凶x了先生的博士論文原稿,先生對數(shù)學工具游刃有余、駕輕就熟的運用令我如今仍記憶猶新。
我參與申報的第一個國家重大基礎研究項目源于一個非線性經典問題。成功立項時,先生已近80高齡,欣然接受擔任項目專家組組長。
我與先生合作發(fā)表的論文不多。2007年,我們給出了強壓縮模態(tài)問題的一個結果,也是合作發(fā)表的最后一篇論文。2009年1月,我和幾位同事去先生的辦公室,看望了先生。簡樸的辦公室里,掛著一張放大了的與航天員的照片。這是我最后一次見先生,拍了幾張合影。
在我的書柜里,珍藏著一張先生給我的學生們的親筆題詞:青出于藍,而勝于藍。單位新展館落成時,猶豫再三,終未舍得捐出。
(作者系中國航天空氣動力技術研究院研究員,曾師從莊逢甘院士從事博士后研究)
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