北航故事
【动力情怀】我的北航情缘陈懋章院士
发布时间:2014-11-14        文/图/
 
  作者简介:陈懋章,1936年2月出生于四川省成都市,1952年考入北航发动机设计专业,1957年毕业后留校任教至今;1979年,作为改革开放后第一批出国的访问学者,在英国伦敦大学帝国理工学院航空系从事研究工作,1981年回国;1983年,国务院学位委员会批准为博士生导师;先后担任国务院学位委员会航空航天评议组成员,《中国航空动力学报》主编;现为北航能源与动力工程学院教授,1999年当选为中国工程院院士。曾获国家科技进步一等奖一项,国家技术发明二等奖两项,何梁何利技术科学奖,专著《粘性流体动力学基础》获国家级优秀教材二等奖,2009年被授予“全国模范教师”称号。
 
“五年的大学学习使我开始跨入现代科学技术的门槛”
  1952年秋,我作为北京航空学院的第一届学生被录取了。现虽已历经半个多世纪,但大学生活的点点滴滴仍历历在目。
  那时还没有北航现在的校园,考入北航的新生,一部分暂到清华,一部分则到北京工业学院(即现在的北京理工大学),我属于后一部分。那时的北京工业学院在车道沟,主要建筑是延安大楼。我们上课的教室是临时修的平房,既无暖气,更无空调,冬天就靠烧煤炉取暖,离煤炉近的同学烤的满脸通红,远的则仍感寒瑟。到北京的第一个春节也是在那里过的,那时的北京比现在冷多了,半夜从工棚改成的厨房里端了元宵回宿舍,没到宿舍就冻上了!这就是那时的北京,也是那时的北航。
  大学五年期间,虽仍有不少政治运动,但业务学习基本是正规的。正是在这五年的时间里,我系统学习了近现代科学和工程技术的基础理论和知识,尽管这些都仍是基础性的、入门性的,但给我打开了一扇大门,让我看到了绚丽璀璨而又深邃无比的知识宝藏。每当心有所悟时,总感到无比的喜悦。
  大学时期的考试非常严格,主要课程都是口试。有一次考高等数学,抽到的题卡上有四道题。我给老师讲完第一题后,他没有让我继续讲其余的题,就给了我最高的分数,也许是认为我理解得透吧。期末考试通常考4-5门,我觉得通过考试阶段的复习对我帮助很大,可以较系统深入地学习,加深理解,起到总结、巩固的作用,但体力脑力消耗很大,考完试后打篮球,跳起来轻飘飘的,好像身体都不是自己的。
  大学期间,我较系统地学习了马克思主义三个组成部分的基础理论。由于对于人类未来美好社会的追求是建立在科学理论基础上的,因此受到了很大鼓舞。至今我仍感到受益匪浅的是对学术思想和学术研究的态度。其核心是批判的,分析的,严谨的,事实求是的,因而是科学的。他们鞭挞了资本主义,深刻剖析了资本主义的固有矛盾,但没有全盘否定资本主义,而是充分肯定了其进步的历史作用,特别是其初期对于社会生产力发展的巨大推动作用。他们的独立思考,他们对于科学研究所取的分析、批判、实事求是的态度、特别是一切都在发展变化的基本观点对我影响很深。“除了一切都在变这一点永远不变以外,一切都在变”,这样透彻的论述至今难忘。
  1957年秋,我大学毕业后留校当教师,对于教学科研工作和业务学习我是积极认真的,读书犹有兴趣。记得有一次,大概是1959年,二哥带我到一个餐馆吃饭,由于要排队就在门口等候,于是我拿出了一本买得的外文书坐在门口看,二嫂还说我太用功了,但我确实对书中的内容感兴趣,不读心中痒痒。
  1961年的困难时期,我被下放到学生食堂劳动,当炊事员,而另一位老师则下放当会计。1962年我给本专业学生讲授“航空燃气涡轮发动机原理”课,课时约为80学时,上大班课,学生有90多人。这是我第一次讲授这样重要的本专业主干大课。走上讲台自我介绍并介绍辅导老师后,下面一片哗然,“怎麽炊事员讲课,食堂会计辅导?”后来别人开玩笑说,北航水平真高,炊事员也能走上大学讲堂。为给学生上课,我编写了教材,由北京科学教育出版社出版,书名也是《航空燃气涡轮发动机原理》,但编者却不能用我的真名,因为那是“突出个人”,“名利思想”,于是我用了燕丹的名字。燕者燕赵也,丹者红也,当然,我也敬重燕太子丹。这是我正式出版的第一本书,现在看来,其优点是理论上说得比较清楚,但也许过分追求解释各种关系,有繁琐之嫌。
 
“国外的求学经历使我进一步知道了别人在做什么”
  1979年4月,我作为改革开放后第一批被派出国的学者,到英国帝国理工学院航空系学习,师从P.Bradshaw,他是国际著名的湍流专家。在国内时我本来主要从事叶轮机械气动力学研究,由于意识到湍流理论对叶轮机械的重要性,在国内就已开始注意这方面的工作,于是决定在英国期间,主要从事湍流和转捩方面研究。在前人研究的基础上,我发展了边界层三维不稳定模态波的理论和计算方法,描写三维波在初期和中期随时间和三维空间的演化,得到了与实验基本符合的结果。写成文章后, P.Bradshaw写道:“It is excellent and very well written。(文章很好,写得也很好)”,艰辛的劳动开始得到承认。
  1981年秋回国后我仍在北航工作。领导和朋友们根据我在英国的研究,希望我讲授湍流方面的课程,并编写相关的讲义和书籍。我慎重考虑了这个问题:由于流体运动最经常、最大量存在的形态是湍流,它几乎涉及与流体运动有关的所有科学技术部门和日常生活,但是湍流运动极其复杂,是流体力学和物理学中至今未获根本性突破的少数学科之一。如果一旦湍流理论获得有实用意义的重大突破,就可大幅度降低对于实验研究的依赖,由必然走向自由,这对于中国这种工业基础薄弱的国家具有重要意义。另一方面,从国内外已出版的书籍、教材和资料情况看,虽有不少很好的书籍,但作为教材则有这样或那样的不足,或系统性不强,或过于繁杂,或对二战以来湍流理论的现代发展、特别是与计算流体力学结合的相关发展反映不够;且文献资料浩繁,学派林立,初学者如坠烟海,难得要领。考虑到这些情况,我决定下力气做好这件事情。
  为讲授课程和编写教材,当时我制定了两条原则,一是处理好数学公式和物理规律之间的关系。物理规律的数学描写更准确、更深刻地反映了客观世界本身,我们要利用这些先进的表述形式,但不能只停留在公式阶段,而应阐明它们所反映的物理规律本身,以建立清晰的物理图画;二是力图阐述科学理论是怎样产生和建立的,希望以此引导读者今后自己走上创立理论的道路。我通过实例说明,新理论的建立,一是要能敏锐感受到学科发展和生产实际发展提出的科学问题,二是要对研究对象做深入的观察,三是能在此基础上提出合理的假设,并进行合乎逻辑的分析处理,而抓住主要矛盾往往起着重要作用。
  从回国到现在,我先后编写了《粘性流体动力学理论及紊流工程计算》和《粘性流体动力学基础》两本书,虽然基本的素材是前人做出的,但材料的消化选取、按上述原则阐述和组织、并用自己的语言而不是抄录,则是巨大的脑力劳动。常言道,文章是自己的好,我不能自吹自擂,但这确实是我呕心沥血、十年怀胎的产儿,现在甚至不敢想象再做这样的工作。
 
“在科学的道路上,我不是百米冲刺者,也不是急上急下的跳高者,
而是持之以恒的长跑者”
                                                    
  20世纪90年代末,我们团队接到一项科研任务,就是研究先进航空发动机压气机的新技术。我国航空发动机技术落后,是长期制约我国航空业发展的技术“瓶颈”,而压气机技术落后则是重要原因之一。
  当时,相关技术在国外被视为必须突破的关键技术。对于这样的核心关键技术,国外对我们严加封锁,根本得不到任何有价值的资料。如何攻克技术难关,是摆在我们面前的严峻挑战。时间和我国的经济能力不允许我们重复过去西方走过的道路。经过研究,我们决定尝试走不同于常规的一条新路,即充分利用现代科学和计算流体力学取得的最新成果,对相关技术进行理论分析、数值模拟和数值实验,最后进行试验验证和基于试验的必要修改。后来,这项技术达到了一次设计试验成功,节省了资金,缩短了研制周期。
  该项技术部件试验表明,与某大国的原型相比,新型压气机性能的主要参数都有不同程度的大幅度提高。将这种压气机装到发动机上完成了整机试验和试飞,结果表明,发动机功率大幅度提高,耗油率却明显下降,飞机性能显著提高。
  国外某著名发动机公司得知我们研究成果的一些情况后,多次主动与我们联系,希望合作,并提出了优厚的条件。当时,团队内的一致想法是,这完全是我国自己研究的成果,且有相当的先进性,应首先用于国内,于是,我们婉言拒绝了对方。
  还有一次,某单位研制的发动机,在试飞时发生了空中熄火、空中停车等故障。我在现场和技术人员一道分析讨论,经过认真分析,我觉得故障可能出在压气机扩稳装置上,却遭到了其他技术人员的质疑,他们认为发动机上用的是苏联的扩稳装置,而这种装置素有无失速喘振的美誉,在这样的光环下,从没有人怀疑它可能有问题。
  在快下班时,我再次来到车间现场,实地考察。经过反复推敲和检查自己的想法后,我更进一步确信了自己的看法。并且意识到这不仅可以解决问题,更是国内外都还没有过的新东西,有它特有的灵巧。
  后来的试验结果完全证实了我的看法,解决了故障问题。经过加工改造,这种新型扩稳装置已成功用于国内几种型号的航空发动机上,配装该发动机的某型歼击机两次参加了珠海国际航展飞行表演,获得成功。
  所以,我认为对科研人员来说,要有潜心钻研、敢于质疑的怀疑精神才能创新。
  有学生问我,最大的幸福是什么?我想起了这些事,我说最大的幸福是困惑后的顿悟,即当你遇到难题时,经过艰苦奋斗,从困惑,寻觅,求索,达到豁然开朗、恍然大悟。我追求这样的幸福。
  从1981年回国到现在,我先后负责过7个较大的项目,这7项中,有6项都取得了很好的试验结果,而且几乎都是一次成功。有人说我运气好,说我是福将。我也承认我的运气好,但我也不同意简单归结为运气好。如果说是“福将”,应有更深层次的 因素,我想我主要得益于:勤奋,多思,正确的思维和诚实的劳动。
  科学是老老实实的。我很喜欢美国杰斐逊总统的一句话:“诚信是智慧之书的第一章。”他没有简单从道德层面谈诚信,而是从智慧层面谈诚信,含义深,很有启示。我信奉这一思想,所以总是能把精力集中在科学技术问题本身,成为老老实实搞科学的受益者。在科学的道路上,我不是百米冲刺者,更不是急上急下的跳高者,我是持之以恒的长跑者。
 
“作为大学教师,既要教书育人,也要创造知识”
  作为一名大学教师,既要教书育人,也要创造知识。我以为育人的中心问题是培养成什么样的人,我心目中的标准,第一位是把国家利益摆在个人利益之上,这是衡量教育成败的第一个标准。人要正,要实,要大度,要有进取心,要有创新精神,这是我的标准。
  教师当然要教书,但教书的含义不只是传授知识,我认为应该通过各种环节,把学生培养成为具有独立思考能力和创新素质的人才。
创新是一个国家、一个民族能够生存发展的灵魂。但创新的灵魂是什么?我认为是科学精神和科学思维。
  我所理解的科学精神具有以下四个特点:科学精神是一种为了伟大目标、伟大梦想不屈不挠、永不停息的追求精神;科学精神的核心是实事求是,坚持实事求是是需要勇气的;科学精神追求对真理、对事物本质理性的、穷根问底的探索,追求对客观规律不断深化,不断提高,不断扩展其普适性的认识和经过实验证实的、对客观规律的科学描述;科学精神的本质是批判的,不为已有的观念和知识所束缚,因而是创新的。
  科学的思维能力是能力的核心。我很喜欢哈佛大学的一句名言:“决定你成败的不在你有多么高深的学识,也不在你有多么丰富的经验,而在你是否有正确的思维。”因为,知识,百科全书可以代替,可是,正确的思维,科学的思维,原创性的新思想却是任何东西都代替不了的。有两类思维:逻辑思维和形象思维。思维品质要优秀,一要保证思维正确(逻辑思维),二要思维有原创性(形象思维)。爱因斯坦曾说:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。严格的讲,想象力是科学研究中的实在因素。”好的思维能力就是既要有严密的逻辑思维能力,也要有开放的不受约束的形象思维能力,具有丰富的想象力,具有敏锐的直觉,善于联想,具有从复杂纷繁的杂乱现象中直接洞察和领悟事物本质的能力。我总是力求这样引导学生。
  我对我的学生的要求是非常严格的,博士生的论文我都会亲自动笔反复修改,因为我希望他们做出来的成果要经得住最挑剔的人的挑剔,要经得住时间的考验。在我看来,做学问与做人是教书育人中同等重要的大事,做人要傻,做学问要痴。教书育人的关键是教师自身的模范带头作用,身教重于言教,我们作为老师的,要通过自己的言行潜移默化,熏陶我的每一个学生,我们要以对学生负责的态度,对下一代负责的态度,对国家未来负责的态度,严格要求自己,规范自己的行为,树立良好的风气,作学生的表率。
  我很喜欢鲁迅的一句话:“别人说我是天才,我哪里是什么天才,我是把别人喝咖啡的时间都用在工作了。”现在的大学生进入社会前,要努力使自己具备三个条件——勤奋、情商和智商。
 
“我以虔诚的心,感悟音乐对心灵的净化和升华”
  我很喜欢音乐。记得还在解放前上初中的时候,听到别人哼唱德沃夏克第九交响乐中那段著名的曲子,立即被那忧伤和深沉思念的情调所吸引,那时我还不知道作者和曲名。由于许多乐曲常能引发内心强烈的共鸣,在考大学时曾有过学音乐的念头,后来由于各种原因,打消了这个念头,但对音乐的感情却从来没有减退。1979年到英国后,第一次接触到了HI-FI(高保真)音乐器材,那时,非专业级的器材技术水平还不高,但对音乐的再现和还原已经很不错,于是节衣缩食,省下钱,买了一套带回国。那时出国人员生活费是很低的。有了这套,加上后来升级,便有条件接触更多的音乐作品,感悟作者的心灵。
  我很喜欢黑人的灵歌,他们看不见希望,只能寄托升入天堂的灵魂。每听到这些,我无比惊叹,人类怎么能创造出如此震撼人心的作品。所以在我心中音乐已不只是消遣和娱乐,我总是以虔诚的心,在音乐殿堂外面聆听,感悟音乐对心灵的净化和升华。
  我还是一名业余的摄影爱好者,我无意于记录大都市的繁华,却着迷于乡村的田园风光和宁静的大自然,我没有特别专注于某个固定的题材,也很少为了摄影而安排专门的行程,更不可能为了光线、气象等要求而在某处长期等待;更多的则是利用出差的机会,或是短暂的假日,带着相机,遇着什么,照什么,不拘形式,不拘题材,优点是“广谱”,缺点是难以精深。这不是说我没有追求,我追求的是美,在各种事物中,发现美,凝练美,用图像再现美。
  对美的追求是人类的天性。在我看来,不论是音乐、美术、文学,甚至科学和政论作品,那些能引发内心强烈共鸣的都是美的。我追求这样的美。
  作为北航的第一届学生,我已在北航工作生活了60年。北航培养了我,我随北航一道成长,我是北航的建设者,也是北航发展、成长的见证人。回顾过去的岁月,使我感到欣慰的是我诚实而辛勤地劳动着,不停顿地思考着,向更高的目标追求着,使我得以对人民做出了一些有用的事。但是,作为航空发动机领域的专家,至今未能根本改变其技术落后的局面,我是有愧的。我很喜欢一位伟大先哲的话:有幸致力于科学研究的人,首先应该拿自己的学识为人类服务。我将以此自勉。