全部

力学与实践 ›› 2009, Vol. 31 ›› Issue (2): 0-0.doi: 10.6052/1000-0879-lxysj2009-170

• 力学家 •    下一篇

郭永怀先生引导我做实验

俞鸿儒   

  1. 中科院力学所高温气体动力学开放实验室
  • 收稿日期:2009-04-14 修回日期:2011-01-04 出版日期:2009-04-10 发布日期:2011-09-06
  • 通讯作者: 俞鸿儒 E-mail:LHD@imech.ac.cn

  • Received:2009-04-14 Revised:2011-01-04 Online:2009-04-10 Published:2011-09-06

摘要: 1957年1月,我在清华园第一次见到郭永怀先生。当时郭先生承担主讲清华大学和力学研究所合办的力学研究班'流体力学'讲座,他对我们几个流体力学辅导教员说:实验工作很重要,今后你们的主要工作就是准备并指导实验。为此他亲自带我们去北航参观风洞实验室并拜访陆士嘉先生。 力学研究班开学后不久,我接到中国科学院研究生录取通知,便到力学研究所报到。恰巧导师就是郭先生。郭先生当时共指导5名研究生(3名流体力学,2名物理力学),他指定4人做实验,我是4个做实验的研究生中的一个。郭先生自己擅长理论研究,为何回国带首批研究生就让这么多人投身实验工作? 郭先生说:无论是国内或是国外,中国人会做实验的很少。考虑到为中国力学事业打好基础,他引导研究生们投身这一薄弱环节。力学研究所当时只下设研究组,先后成立了弹性力学组、塑性力学组、空气和流体动力学组、自动控制理论组、化学流体力学组、物理力学组、运筹学组、激波管组和等离子体动力学组[1]。从设立做实验的激波管组这件事,可看出力学所非常重视实验工作。 中国学生为何不愿做实验?丁肇中先生在诺贝尔科学奖授奖仪式中用汉语发表的演讲中谈到这个问题[2]。他说:"我是在旧中国长大的,因此想借这个机会向发展中国家的青年们强调实验工作的重要性。中国有一句老话'劳心者治人,劳力者治于人。'这种落后的思想对发展中国家的青年们有很大的害处。由于这种思想,很多发展中国家的学生们都偏向于理论的研究,而避免实验工作。"此外,做实验是需要经费和技术支持的。发展中国家缺乏这些条件,恐怕也是不愿做实验的一个原因。郭先生一方面要我们做实验,同时要我们重视创立节省经费和降低高技术支持的巧实验方法,以适应经济、技术条件差的环境。 二 郭先生回国前,在Cornell大学航空研究院工作,当时那里是国际激波管研究中心。因此他熟悉激波管的性能及其用途,了解激波管结构简单造价低,实验时间短而耗能少。在超高速流领域,激波管是唯一的固定模型试验设备,已产生的试验气流速度高达15km/s[3]。郭先生认为[4]:"这一方面的技术目前正在发展,前途是无限的。" 郭先生回国时带回许多激波管资料。从1957年夏开始,他让我阅读这些资料。1958年初,刚搬入新建的力学所大楼后,郭先生将陈致英、范良藻(物理力学研究生)、俞鸿儒(流体力学研究生)和张德华、何永年(新分配来的北大力学系毕业生)五人召集在一起,宣布成立激波管组并指定我当组长。当年"七一"献礼会上,我代表激波管组表决心:"奋战三昼夜,设计出激波管。"设计完成后,郭先生请他的朋友(北京仪器厂总工程师)安排,及时将激波管加工好,十天后运回安装并开始破膜试验和测量激波速度。当年"八一",这台激波管被选送进中南海向党中央献礼。 1958年秋力学研究所机构大攺组。激波管組只留下我一个人,增加刚分配来所的赵素雯和各分院培训人员并编入第一研究室。同年年底,激波管組全体人员奉调支授140部超声速风洞建设,实验装置交给崔季平。1959年底,超声速风洞完成建造工作,后续工作划归空气动力学研究室超声速风洞組。此时业务处向我传达所决定:让我们继续做激波管工作,仍由郭先生直接指导。1960年初,开始安装已加工好的JF-4直通型激波风洞。不久,崔季平等同志也调入该組。以后他们调去物理力学研究室,成立高温气体组。1967年7月郭先生担任国防科委空气动力研究院筹备组主管技术工作的副组长,随后空气动力学研究室激波管组和物理力学研究室高温气体组划归空气动力研究院,并于1969年底编为超高速研究所504研究室。1976年回归力学所后,命名为第八研究室。 三 做实验首先要创建实验条件,建造实验装置并配备测量仪器。 郭先生没有让我仿造马上就可使用的装置。郭先生对我说:大型高超声速风洞将来是不可缺少的。我国经济和技术基础还很差,难以仿效发达国家依靠大型常规高超声速风洞做试验的途径。何况常规风洞加热达到的高温受限,难以模拟超高速飞行器周围的高温绕流。激波管能产生高温和高压气体且费用低廉,他让我探索在国内条件下研制激波风洞的方法。郭先生估计我们做这项工作有相当大的难度,为此他为我们营造能专心工作的环境。一是无需制定进度计划,只要求持续不断的有正面或反面的进展。再就是想怎么干就什么干,把想法和结果告诉他就可以。 当我们开始调试激波风洞时,首先需要决定采用何种驱动方案。氢氧燃烧驱动具有驱动能力强和费用省的特点,五十年代初就受到各先进国家广泛重视。但是国外多年实践经验表明:产生的试验气体品质差且潜伏重大危险,已基本放弃而改用耗气量大以及技术装备复杂的高压氦或氢驱动[5]。我们经过慎重考虑,决定从克服氢氧燃烧驱动存在的缺陷着手工作。如成功将可大大节省投资并减轻对技术装备的要求。在探索产生潜伏重大危险根源的实验过程中,可能还会发生事故。郭先生考虑到这个问题,他要求我们格外小心,要绝对防止人身伤亡,并事先向所领导作了说明。后来进行探查实验时,出现了几次事故。由于郭先生预先做了工作,领导和周围同志不仅能理解,还给予安慰与鼓励。 郭先生对我们也有要求,不过没明说。他从未让我去办公室汇报工作,而是在他会议或工作间隙时到实验室来看我们。来的时间事先无法约定,大约一、两个星期来一次,前后十来年间只有一两次他来实验室时我不在场。他不喜欢做实验的不在实验室,还要求实验工作者要自己动手做实验。我们自己安装实验设备,清洗真空泵,改装或研制仪器,他看到后都很高兴。郭先生来实验室后不让我们停下工作向他汇报,而是边工作边回答问题或向他提问题。他多次说过,他自己不会做实验,但对实验方法和具体的技术都很关心。他来实验室的时间有早有晚,但大多都快下班时才离开。郭先生希望我们不要依赖先进的仪器设备,而要多动脑筋想办法解决问题。为了培养我们克服困难的能力和作风,他严格限制科研经费的使用。下面列举几个实例展示我们如何贯彻他提出的要求: (1)激波管和激波风洞特别适合气动加热率测量,开展这项工作的核心传感器为薄膜电阻温度计。当时国际上普遍采用一种特制的浆液制造薄膜,由于禁运,无法得到这种材料。我们便改用蒸发溅射制造薄膜,虽然麻烦但形成的薄膜品质更高。以后我们的经验推广到国内有关单位,90年代我将这种制造工艺介绍给德国亚琛激波实验室,目前国外许多实验室也攺用我们的工艺制造薄膜电阻温度计。 (2)激波管和激波风洞实验时间很短促,因此各项操作的延迟时间要很准确。采用电阻、电容或电感组成的延时线路,有时调不准或者调准了又发生飘移,容易导致实验失败。六十年代初市场上尚无数字延迟器产品,我们自己动手将实验室的数字记时器改造为记时和延迟两用,延时精度为1微秒,扩展了数字计时器的功效并在实验中发挥了重要的作用。 (3)高超声速风洞的喷管都采用合金钢或不锈钢制造,价格比较贵。我们经过分析和实验验证后改用优质铸铁制造喷管,由于材料费便宜和加工容易,造价可降低一个量级。这些喷管已正常使用40余年。 (4)在进行膜片处点火的氢氧燃烧驱动实验时,出现了异常。根据声响、振动和入射激波传播特征,我们认为出现了反向爆轰驱动。郭先生指出证据不足,要我直接判定驱动段内究竞是燃烧还是爆轰。当时我们的观察手段极其缺乏,连测压传感器都没有,只能靠知识去判定。由于火焰阵面传播速度比较慢,燃烧过程中容器各处压力缓慢上升,破膜压力与膜片强度直接相关。爆轰波以超声速传播,波后压力突然升高,破膜压力与爆轰气体初始参数有关,而与膜片强度无直接关系。我们据此将燃烧驱动与爆轰驱动区别开。郭先生认同我们的方法,并给予他很少表示的赞许。 实验工作的核心是用实验手段开展研究工作。但到郭先生殉国前,我们只完成激波风洞研制和基本测量系统的配备。70年代中,国家组织"气动攻关"时,极需大型高超声速风洞。我们研制成的耗资极少的JF-8激波风洞和瞬态测量系统赶上了急需,利用它解决了设计与试飞中出现的疑难问题,并提供了大量设计必需的数据。至此突显郭先生十余年前预见的英明。 四 郭先生指导学生工作,采用启发诱导的方法。经常只提问题,要你自己去解答。有时也讲他的想法,但马上会跟上一句,希望我们找到更好的做法。 郭先生根据学生具体条件,因材施教。我们那一届研究生,限招有工作经验的。由于力学所当时的声望,力学所招收的20名研究生中,短的已工作二三年,长的甚至超过七八年。因此郭先生并未要求我们读大本书,而是立即指导我们开展工作,边干边学。 当时力学所各研究组以学科分组,组长都是归国的科学家,而激波管组是以发展实验新技术为主要任务的组,郭先生让研究生当组长,放手让他们去创新路。 五 除了向郭先生学习做研究工作外,出于对他的崇敬,还仿效他为人处事的原则。跟随郭先生工作的头两年,他没有后来那么忙,与他接触的机会较多。当时政治运动一个接一个,在会议上发言左右为难,我们问他该怎么办?他劝我们尽量少说,但无论如何都不能说假话。郭先生一天到晚都在办公室工作,有一次在力学所小楼对面化学所礼堂里碰到他,他在里面看了几分钟电影便走了出来。我也跟着他回办公室,他告诉我:在美国的十多年里,只看了很少的几场电影。听了郭先生的话后,心想自己条件不好,应该更专心去工作。从那时起,便很少看电影,培养专心工作的习惯。那几年,早饭后进实验室,除了吃饭午休,基本上要到晚上十点钟以后才离开实验室。1964年,中国科学院开展四清运动,由于害怕被批为"白专",晚上不敢再多呆了。但专心工作的习惯仍未攺变,在文化大革命高潮的1967年上半年,偷偷地请来两位起重师傅并约李振华一起将JF-8激波风洞安装起来。 在文化大革命高潮期间坚持实验工作,竟然还会获得意外的支持。在调试JF-8激波风洞时,我们向兵器科学研究院借用一台从西德进口价值30余万美元的高速照像机。他们的领导知道后感到不解,这种时候还有人借用仪器?便来我们实验室想看个究竟,他们到实验室时,我们正在用其做实验。他们说:这种时候你们还能做实验,这台像机就送给你们用吧!我们感到这么贵重的仪器怎好收受,他们说送给你们用,总比还回去让造反派砸碎了好吧,于是很快便办好调拔手续。不久又从兰州调拨来一台价值数十万元的大型罗茨真空泵机组。有一次和院部管器材的同志一起参观外国仪器展览会时,我对他说我们急需展览台中的一种仪器。不料展览会结束后,这台仪器便送到实验室来了。 对实验工作者一直流传一些看法,诸如做实验的敲敲打打水平低,做实验的不祘科研人员…等等,因此有人不愿意或不安心做实验。郭先生和力学所的前辈却不仅重视实验,也十分尊重实验工作人员。尤其是郭先生鼓励我们要做敢为人先的工作,让我们在工作过程中体验到其中的乐趣,从而坚定信心做自己喜欢做的事情。 郭先生在力学所选择并安排了很多前瞻性课题。这些课题研究内容不是趋之若鹜的当前热门,却都是完成后对国家重大需求能发挥重大作用的关键问题。以自己的水平,还难以像他那样选好题。但学习先生的选题准则,始终是我不变的目标。 非常庆幸在郭先生回国两个月后,就能在他指导下工作。值此郭先生诞辰100周年之际,深切怀念与感激先生对我的培育。