王俊奎:从“旷野荒丘”走来的航空学先驱

2020-09-17
主编:孙玉凤 编辑:洪桂晴 伯婕

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王俊奎:从“旷野荒丘”走来的航空学先驱


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王俊奎

他是北京航空航天大学的创始人之一,享有盛名的“王氏公式”创始人。当复合材料的信息刚传入中国时,他以科学家的前瞻眼光,断言:新型复合材料和复合材料力学非发展不可,如果没有把它们解决好,就设计不出第一流的飞行器。

作为世界上第一架夜间战斗机“黑寡妇”的研制者之一,时任美国诺斯拉普飞机工厂高级结构研究工程师、组长王俊奎在1947年回国前,向厂里要了一架崭新的“黑寡妇”夜战机和一整套、200多页的“战时科学研究报告”,以及各种飞机照片准备带回中国。但因运费不足,只能无奈放弃了亲自运送“黑寡妇”回国的计划。

早在1944年10月,“黑寡妇”以其强大的夜战功能,在中国战场上一举成名,成为对阵日军战机的克星。历史的潮水退去,“黑寡妇”也退出了它的舞台。目前世界上仅存的两架“黑寡妇”,一架在美国本土,另一架安放在北京航空航天大学航空馆内。

5月18日是王俊奎逝世22周年纪念日。它铭记的是一段历史,也是一个人物故事。

发展航空教育事业

“九一八”事变后,日本飞机不断在北平最繁华的地区上空低飞,进行示威挑衅。王俊奎深感科技落后带来的屈辱和痛苦,决心去美国学习航空,学成回来报效祖国。

1936年,他公费留学考入美国加州理工学院,师从著名力学家T·冯·卡门,于1937年和1938年先后获机械工程和航空工程双硕士学位。之后,他考入斯坦福大学,在著名力学家S.P.铁木辛柯指导下,获航空工程博士学位。

为了获得实际经验,他主动申请去飞机工厂工作。飞机工厂一般不允许外国人接触,但他成绩优异,被工厂破例接纳。1942年,他在美国康沙德梯—沃提飞机工厂任高级应力分析专家,参加教练机和轰炸机的设计工作。1943年,他担任美国中美工程师协会副主席。1945年,他来到诺斯拉普飞机工厂,参加“黑寡妇”和“飞翼”飞机的研制工作。

1947年太平洋恢复通航后,他毅然放弃了美国的优厚待遇,返回祖国。虽然他未曾将“黑寡妇”夜战机带回,但却为新中国带来了先进的航空技术以及科学家的前瞻眼光。

回国后,他迅速投身教育、科技事业,在西北工学院、西北农学院(兼职)、北京大学任教。他在西北工学院所讲授的板壳理论,成为国内首次开设的重要课程。

1950年,王俊奎面临事业上的一个重大选择。他接受了毛泽东主席签署的任命书,先后担任了察哈尔省人民政府委员会委员,山西省人民政府委员会委员、人民代表和政协委员。同年,华北大学工学院也希望他去该校任教。然而,在他心中“发展航空教育事业是中国的当务之急”。最终,他接受了华北大学的工作,担任航空系教授和系主任。

在不到一年的时间里,他聘请了许多高水平教师,其数目超过了过去国内任何一所大学的航空系。其中有后来成为中国风洞工程奠基人的伍荣林、北京航空学院(北京航空航天大学前身)首任飞机构造与设计教研室主任徐鑫福、北京航空学院首任飞机工艺教研室主任常荣福、北京航空学院首任理论力学教研室主任吴礼义、北京航空学院首任材料力学教研室主任李寿同等人。

北京航空航天大学教授李松年是王俊奎学生、助手和多年同事,据他回忆,1952年全国院系调整后,王俊奎带领华北大学航空系合并到新成立的北京航空学院。当时的北京航空学院所在地是一个狐兔出没的旷野荒丘,领导多是从解放区来的老干部,对教学科研缺乏经验。“王俊奎作为有管理能力的科学家,为北航的校园建设和教育科研发展奠定了坚实的基础”。

王俊奎担任正在筹建中的热强度研究室主任,在无任何外援的情况下,建成了我国高校一流的热强度实验室,为航空、航天器结构的研制发挥了重要作用。

科学上的先驱者

旋转壳体,无论是筒形壳还是锥形壳,其稳定性分析都是上世纪固体力学的重大难题。当这类壳体被杆件加强以后,在研究上就更为困难,而这类结构又被飞机和火箭广泛采用,对它们的分析吸引了众多力学工作者。

1938年,王俊奎在斯坦福大学学习时,曾以加筋筒壳轴压稳定问题研究作为自己的博士论文。他将加筋筒形壳分为密加筋和稀加筋两类,前者化为当量光筒形壳来处理,后者看作是杆、环形隔框与壳(蒙皮)的组合结构,用能量法进行分析。能量分析法本身早已存在,但首次用它来解决加筋筒形壳稳定性问题的是王俊奎。

他的研究工作得到美国国家航空咨询委员会(NACA)的重视,所建立的“加筋筒壳轴压临界应力公式”在NACA总结报告RB3J2B中被称为“王氏公式”。之后,他在美国《应用力学学报》和《航空学报》等刊物上发表了一系列论文,成为当时加筋壳稳定性研究的先驱。

上世纪50年代,我国高校沉浸在以教学为主的氛围中,但王俊奎始终坚持教学、科研两手抓,继续进行杆、板、筒壳和锥壳稳定性研究,对金属材料与复合材料、常温与高温状态、线性和非线性情况、保守和非保守问题等的壳体稳定理论进行了系统探索。

上世纪70年代末80年代初,当复合材料的信息刚传入中国时,不少人对它持不认可的态度,甚至一些力学界人士也认为“没有什么特殊之处”。

而王俊奎却坚定地认为,新型复合材料和复合材料力学在我国现代化建设中,占有特别重要的地位。“非发展不可,我敢断言,如果没有把它们解决好,就设计不出第一流的飞行器来。”

“要将复合材料用于航空航天实践,诚然要先有材料,但是不能等到有了材料才去研究力学和结构,要同时进行。”抱着“既不害怕,又不忽视”的态度,王俊奎除了亲自指导研究生研究复合材料力学外,还在许多科研机构、高校和工厂宣传从事复合材料研究和应用的重要性。

1989年,中国复合材料学会成立,王俊奎是主要创建人,亲自担任第一届理事长,并创办了《中国复合材料学报》。在创刊初期,该学报经费拮据,已经80岁高龄的他多方奔走筹集资金,并将自己的科研经费2万余元捐给该学报。

他以科学家的眼光,发挥带头人的作用。1964年,他建议成立中国航空学会,并写信给钱学森。在给王俊奎的回信中,钱学森对他的这一举动表示极大肯定。

此外,他创办的北京航空学院《科研资料》《北航学报》和《航空知识》,也是国内最早创办的一批科技刊物。

育人是毕生职责

培养教育青年一代,在王俊奎眼中是“自己的毕生职责”。

年轻时,王俊奎在从师范学校毕业踏上中学讲台后,就采用理论联系实际的教学方法教授学生。例如,上三角课时,他用亲自动手制造的“土”测角仪,带领学生去野外实地勘测。教物理时,他自己设计静电发生器,让学生感受静电效应。当时他还没有上大学,但已编写了《几何题之解法》一书,对几何教科书中的问题分门别类地提出解题思考方法,避免了学生解题时漫无边际地瞎想。

在美国攻读博士学位时,王俊奎的导师——世界著名力学家铁木辛柯邀请他去家中的图书馆参观。铁木辛柯指着书架上的书对他说:“你看我的书有英、俄、德、法、日文的版本,就是没有中文版。”铁木辛柯的著作在世界上有很大影响,许多著名的青年固体力学家都是沿着他的著作阶梯攀登上力学高峰的。王俊奎决心在回国后将铁木辛柯的著作翻译成中文版。1954年,他翻译出版了铁木辛柯的《板与壳学》(第一版),之后又完成了《板壳理论》(修订版)的翻译工作。在大学任教期间,他讲授的课程也大多采用自编教材。

30多年来,王俊奎共培养了9名硕士研究生和16名博士研究生。其中有北航航空科学与工程学院教授熊跃熙、北航固体力学所复合材料研究室首任主任张希贡等。

“王俊奎始终认为理论联系实际和严肃认真的工作作风,是培养研究生和青年科学工作者基本素质的重要保证。”李松年说,王俊奎鼓励研究生做课题时尽量有实验。为得到有价值的理论与实验相结合的论文,他把大量科研经费用于研究生的实验研究,使学生得到高水平的训练。

让李松年至今印象深刻的是,王俊奎在指导研究生学习和科研中,始终坚持“准、高、新”——对准航空航天实际需要、高精尖课题、创新的选题原则。他在研究中有“三严”——严肃、严格、严谨,理论分析、数值计算、实验结果任何一个环节都不能马虎。“他同样以这些标准来严格要求自己,为我及后辈树立了做人、做一名合格高校教师和专业科技工作者的榜样。”

由于王俊奎在力学研究和教育上的重大贡献,1990年,他被评为国家级有特殊贡献的科学家。

1998年,王俊奎走完人生的90个岁月,于5月18日与世长辞。他留给后人的是追求进步、立志报国的科学家精神。

来源:中国科学报