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第25章 在磨砺中前行(1)

气动弹性专业的开拓者

在歼教1飞机的研制设计中,管德边学边干,很快就摸索出气动弹性力学在工程应用中的规律,形成了有自己特点的解决技术关键的思路。

以后,他将气动弹性的研究作为自己毕生事业,全身心投入到这一专业领域中。在以后的歼8飞机设计中,他提出了系统的超声速歼击机气动弹性计算和试验方法,由此奠定了他作为我国飞机气动弹性专业的奠基人和带头人之一的地位。

管德诙谐地说,他钻研气动弹性专业,基本上是在泡风洞、泡计算机中完成的。他在这里用了一个“泡”字,累计起来,他“泡”在低速风洞、高速风洞做试验的时间上万小时,此外,还需要有“泡”在分析、计算上的时间。有形的“泡”可以计算出时间,无形的“泡”——那些绞尽脑汁、挖空心思、殚精竭虑地为解决技术难题所花费的时间和精力则是无法计算的。

徐舜寿没有错看管德。

管德将当年在计算歼教1飞机外形数据时的那份执着、坚韧完全用在了气动弹性的研究计算和试验工作中,这种对事业的投入是取得成就的关键,而更重要的是气动弹性这门当时还属于新创立的空气动力学分支,许多问题处于领先地位的专家也还在摸索之中,这就更需要有敢为人先的魄力,这些方面恰恰都在管德身上体现了出来。但管德认为:比这些更重要的是,在飞机设计的实践中摔打,积累直接经验。

在设计歼8飞机之前,一位非常有经验的专家反复告诫管德:要特别注意操纵刚度,因为根本算不准,关键是注意受力形式是否合理。

飞机在空中飞行时要实现俯仰、横滚、偏航等变化,需要有灵活的操纵系统,驾驶员一般是通过助力器及杆系传动装置驱动各舵面偏转,实现随动控制。因此,助力器和操纵系统的动态特性与舵面结构的振动固有特性和颤振特性有着密切的关系。操纵刚度就是指系统的刚度在动态过程中的变化规律。

对于这一告诫,管德当然不能忽视,但由于缺乏经验,无法准确地确定歼8飞机的全动平尾和副翼的系统操纵刚度,经过试验,操纵刚度实际值与设计计算值差了好几倍。管德深有感慨地说:“不经过亲身的实践,别人的经验成不了自己的。”

我们每前进一步,路都不是直的,歼8飞机开始研制时,我们想把平尾翼尖配重取消。可是不懂得计算出来的操纵刚度可以比实际小好多倍,结果到飞机后段装出来,做地面共振试验时,才发现不行,不得不再用翼尖配重。

——管德《随感录》

他的结论是:飞机设计师队伍要成熟,要不犯“低等错误”,关键是连续不断地设计飞机,一代人多积累经验,两代人共同工作,把经验代代相传。

在歼8飞机研制中,管德做出了重大贡献。在歼8飞机总体刚度水平低于歼7原准机的情况下,前者最大马赫数和低空最大速度均高于后者。在管德主持气动弹性专业研究期间,601所的气动弹性专业,始终处于全行业的领先水平。

总体、气动力室主任

1974年,601所的体制有了调整,原气动力室与总体室合并,组成总体气动室,管德担任了这个大室的主任。1963年从西工业来到601所的贾鑫也从总体室并入到这个大室里,与管德有了较为密切的接触。他回忆:

我与管德最早接触是在20世纪70年代后期,那时我们所在搞歼13。

原来我们气动室和总体室分两个室,那时候把两个室合为一个大室,老管是室主任。他给我印象最深刻的是抓专业建设,抓培养年轻人,当时下了很大的功夫。

我们这些老的技术人员原来在学校里都是学俄文,英文都没学。那时候国外资料比较少。搞歼13机后,他认为已经改革开放了,应该面向世界,眼光看得远一些。但英文差,好多人没学过,这就不可能阅读英文资料。他就组织全室进行培训,他自己当老师,从A、B、C教起,也就过了半年时间,大家的英语入门了。

当时也没有老师,就在管总带动下,我们有些人继续跟电视和广播电台学,有不少人都这样学出来了,水平有很大提高,后来好多人派到国外做访问学者。

这个印象是比较深的。

——贾鑫访谈(2012年3月)

贾鑫,1936年出生于北京。他是一位航模运动爱好者,在大学时期,因为有很高的航模运动水平,曾被选入国家代表队,参加过国际航模比赛。也正因此,1961年大学毕业后,留校继续从事航模运动,两年以后才正式分配。

对于英语学习,与管德曾经在一个室工作过的刘孟诏也有很深刻的记忆。

刘孟诏,1940年出生于江西省吉安县。1964年7月从哈尔滨工业大学航空工程系毕业,分配到601所,开始的3年,他没有从事技术工作,而是在政治部担任干事。1970年7月调到总体设计研究室从事总体设计和重量工程专业。

他回忆:

室里是管总教我们。

那时候资料全是国外的,看不懂资料不行,逼得我们没招,就硬着头皮边学边看,看资料上讲的方案应该怎么做。

当时我就问他,怎样才能学好英语?

他对我说,没什么诀窍,拿一篇文章 好好地看,不要稀里糊涂看,一定看明白,语法不通就看语法,老老实实把这篇文章 看明白,把语法搞清楚。

他就教我这一招,语法看不明白就查语法书,一定彻底搞明白。

当时北京北苑有一个情报所。我就到那里看资料,老老实实按管总讲的去做,后来慢慢地就能够看懂资料了。当然我看了主要是用,口语不行。这对我影响非常深,当时真的是挺着急的。

所以说,管总对我帮助很大。

——刘孟诏访谈(2012年3月)

《航空结构动力分析系统(HAJIF-Ⅱ型)》

1981年,由管德任主任工程师的《航空结构动力分析系统(HAJIF-Ⅱ)》完成了研制。该系统采用了国内外20世纪70年代中后期的新技术,具有结构固有振动特性计算、考虑主动控制系统的颤振计算和部分突风响应计算功能。系统经过水轰5全机、歼8全机和机翼(带/不带导弹)、新型歼击机机翼模型等57个算例计算,证明系统可靠。改进的同时迭代法,改进的超元阵技巧、多极子结构动力综合技术是这个系统的特点和创新。多极子结构动力综合技术为带多种外挂物的动力特性计算提供了新的分析方法,使过去难于解决的问题得到解决。

该分析系统具有2.8万条Fortran语句、27个模块、31条固定流程,结构模型可以有7000个自由度,可以计算70个特征向量。在非定常空气动力计算中,每个翼面的空气动力分块数可达200块,可以计算5个翼面。在颤振和突风响应计算中使用的形态可达50个。

该系统是我国第一个航空结构动力分析系统,经过实际使用证明工作可靠,能够满足目前航空结构固有振动和气动弹性分析的迫切需要;在力学、数值计算和程序设计中采用了不少国内外20世纪70年代后期的新技术,具有国内先进水平。

601所的钱卫很熟悉导师在航空结构分析系统中的贡献,他说:

HAJIF-Ⅰ是结构强度分析,也就是静强度分析。HAJIF-Ⅱ就是气动弹性、颤振和突风响应的分析。HAJIF-Ⅰ开发的时候,项目组的组长是冯钟越,管德老师是副组长。航空结构分析系统是国家当时的一个重点工程,HAJIF-Ⅱ是管德主管的。

——钱卫访谈(2012年3月)

1989年,钱卫大学毕业,来到了601所,在潘一心指导下开始了颤振方面的研究工作。1993年考取了北航气动弹性教研室硕士研究生,导师陈桂彬。1996年毕业回到601所继续从事飞机颤振设计工作。2003年,他考取了管德的博士研究生。他谈到,在参加工作以后主要是使用这两个分析系统。他的体会是:

因为我参加工作晚,工作以后开始使用这个程序。

航空结构分析系统是很重要的一个里程碑,它开发了两个程序,HAJIF-Ⅰ,然后是HAJIF-Ⅱ。

当年美国对中国进行封锁,美国的那些系统对中国进行封锁,根本不卖给我们。我们开发的航空结构分析系统是具有自主知识产权的。应该说这个系统做得很好,支撑了中国那一代的结构分析,在当年起了很大的作用。

——钱卫访谈(2012年3月)

在从事气动弹性研究的专家心目中,气动弹性专业的发展走的是一条自力更生、自主发展的道路。601所成立之初的1961年,是探索、摸索的阶段,那个时期,尽管在中国科学院计算技术研究所冯康老师帮助下,建立了一些颤振计算的数学模型,也进行了有益的探索,但还处于很初级的阶段。

气动弹性专业的研究主要有两个方面,一是通过缩比模型进行气动弹性的试验,相当于物理仿真的过程。还有就是通过数学仿真进行分析。数学仿真与计算机的发展水平是匹配的,20世纪60年代时候我国计算机发展的水平还不能满足需要,所以数据仿真只能处于用解析函数建立数学模型的状态。

钱卫的看法是:

在摸透米格-21以后,试验方法可以说就基本成形了。仿真方法的成形是以HAJIF-Ⅱ这个程序通过鉴定为标志的。

就这两条途径,一个是物理仿真,一个是数学仿真,所以管德和老一辈走的是这么一个过程。气动弹性在航空领域一直是属于高技术,能够获取的外部资料是最少的,完全需要自己摸索,所以是一个比较艰苦的过程。

最后形成的手册(编者按:指管德著《气动弹性手册》)是飞机结构动力学模型计算,静、动气动弹性仿真,气动弹性优化设计,飞机地面刚度、振动试验,气动弹性模型风洞试验的方方面面都总结出来以后形成一个体系。

这个体系就是针对工程应用的,反倒是学校的人看不懂。到目前为止还有学校把它作为研究生教材。总有人给我打电话,问我那个东西怎么回事,因为管总写的就是针对飞机设计的问题。现在的学校老师要搞这个,但他不一定是搞航空出身,从理论上不知道怎么来的。实际就是针对飞机气动弹性设计的问题做系统分析,与方方面面相关的技术问题形成的一个体系。

这个体系的形成应该是以HAJIF-Ⅱ通过鉴定为标志的。

——钱卫访谈(2012年3月)

623所、601所、605所和631所等单位参加了该系统研制。这项成果获1981年部科技成果奖二等奖,1985年国家科技进步奖二等奖。

管德是主要获奖者。

创造性的工作

歼8飞机的性能指标在当时是先进的,但设计所使用的计算和试验手段则非常有限,所以不能照搬国外的方法。为了保证达到预定的飞机性能指标,管德领导一班人进行了创造性的工作。

在林顺撰写的《中国科学技术专家传略》中,写到了管德在高速风洞颤振试验的“半结构相似”模型。

高速风洞的颤振试验要求颤振模型同实物不但要有空气动力外形的相似,而且要有相似的刚度分布和质量分布,这使得模型的设计制造相当复杂。如果有大尺寸的高速风洞或低弹性模量材料,可以用“结构相似”模型。就是说,翼面的主要受力构件——梁、主要的肋和蒙皮,都能在模型上按相似比例得到模拟。但是,当时国内这两种条件都没有。当时国内能用于颤振试验的高速风洞尺寸很小,试验段剖面尺寸为0.6米×0.6米,可用的模型宽度(展长)为0.3米左右。对于尺寸这样小的模型,按相似比例模拟下来,蒙皮已经薄得无法制造。为了克服这个困难,管德提出了“半结构相似”模型的概念和具体的设计方法,并成功地进行了歼8飞机机翼动相似模型的高速颤振试验。后来这种方法还推广到低速颤振试验和其他型号上去。

这可谓管德在颤振试验方面的得意之笔,这一创新留给气动弹性专业后继者的是他显赫的名气和声望。他的博士研究生邱涛回忆:

管老师在气动弹性专业领域的名气很大。

业界流传的说法,理论方面是西工大的赵令诚,工程方面就是管德。他们两个人关系特别好,既有分工,也有互相配合,俩人合作特别好。

在工程界,现在国内评价就是说管德“牛”。“牛”在什么地方?一个歼8机翼,用三根棍,就把颤振问题搞清楚了。这里说的就是他用那三个梁确定的模型,然后就把颤振问题搞清楚了,所以在这方面,业内的专家们对他都特别佩服。

——邱涛访谈(2012年3月)

邱涛还谈到管老师的另一方面,这位在国内气动弹性领域如此之“牛”的气动弹性专业的领军人物,在谈到旋翼的颤振问题时,却能直言自己不懂。

谈到旋翼的颤振问题,有人向他请教,他明确地回答:“我就是对固定翼飞机的颤振有一点研究,旋翼有其特殊性,我不懂。”

他这样说是谦虚,也说明他在技术上特别严谨。

——邱涛访谈(2012年3月)

他的坦诚、严谨和实事求是不仅表现在对待不熟悉的专业方面,在自己熟悉的、已经取得极大成就的领域,他的态度始终一以贯之,不沾沾自喜、居功自傲,更不妄自尊大。

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