作者:张志会 来源:中国科学报 发布时间:2017/7/31 9:30:53
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“老科学家学术成长资料采集工程”系列报道165
俞鸿儒:大音希声

 

■张志会

俞鸿儒

俞鸿儒(1928.06.15—),气体动力学家。1928年6月生于江西省广丰县,1946年考入同济大学,就读于数学系,1949年再次考入大连大学(大连大学,后改为大连工学院,现为大连理工大学)机械工程系,1953年毕业留校任助教。1956年报考中国科学院力学研究所研究生,师从郭永怀攻读流体力学。1963年研究生毕业,留任力学研究所助理研究员。1991年当选中国科学院学部委员(院士)。他是我国激波管、激波风洞研究及其应用的开拓者之一。长期致力于激波与激波管的理论、实验与应用研究,为我国创建了多种高性能气动实验装置,在高超声速、高焓流动实验研究方面获得多项重要研究成果,为国防和经济建设做出贡献。

今年89岁的俞鸿儒院士是位享誉世界的气体动力学家。他身体力行,几十年来,对待工作和事业始终不改初心、脚踏实地、淡泊名利,勇于探索新途径。

1 杉溪少年 意外走上理工结合之路

江西上饶广丰风景秀丽,人杰地灵。唐代广丰籍诗人王贞白的名句“读书不觉已春深,一寸光阴一寸金”脍炙人口、传诵千古。俞氏作为当地大家族,长居依山傍水的杉溪古镇。此地民风开化,早有先辈远赴东洋,追随孙中山革命。俞氏家族设有公共财产用于赈灾,修桥补路,创办学校。俞父以贩卖烟叶为生,诚信经营,热心帮助乡邻,家境小康。父亲50岁生日时不办生日宴,而是将沿河一段崎岖难行的小径改建成平坦的道路,便利行人通行。他还在家族创办杉江中学时捐资100大洋。

儿时的俞鸿儒安静、沉稳、懂礼貌。1933年秋,俞鸿儒入杉江中学附小学习。他自幼显露出聪颖的天资,数理极好。父亲深知落后和腐败给人民带来的苦难,他要求儿子好好读书,通过身边发生的事例教育他,凡事要透过现象看本质。做事要做精做深,成为对社会真正有用的人。这些深刻地影响了俞鸿儒的人生观和价值观。

受国内战争、社会动荡影响,杉江中学从创办地杉溪搬至县城文庙。1939年秋俞鸿儒小学毕业,因报到误期,读了半年私塾。1946年高中毕业,他和同学结伴至上海赴考,考取同济大学数学系。他孜孜以求,勤奋读书,参加罢课游行,反对国民党的腐败统治,追求进步,1949年上海解放后加入共青团。

为发展东北老解放区,将其建设为重要的工业基地,1949年党中央决定创办大连大学,在上海《解放日报》上宣传对学生实行供给制。俞鸿儒受工程学科对经济建设能直接发挥作用这一观念的影响,再次参加高考,考入大连大学机械工程系。1953年毕业,留校任助教,分配到机械制造教研室。他向上海学生运动先驱、时任机械工程系党总支书记的雷天岳同志汇报思想,希望调到许多人不愿意去的基础课(力学)教研室。雷立即安排他当陈铁云教授的流体力学助教,以后又去化工系“泵与压气机”课当助教并讲授该课程,借调到土木系参加水利实验室建设。这种“万金油”经历有助于他日后的科研工作。

2 向科学进军 跟随大师脚步

1956年初,党中央号召“向科学进军”,俞鸿儒报考了中国科学院力学研究所的研究生。他报考时导师为钱伟长,报到后改为郭永怀指导。1957年3月报到以前,他在清华大学与力学所合办的工程力学研究班当助教,郭永怀讲授流体力学。郭非常重视实验,带领流体力学助教们到北航拜访陆士嘉先生并参观北航气动实验室。

1958年初,力学所成立激波管组,该组由俞鸿儒和陈致英、范良藻三名研究生以及从北大分配来所的张德华、何永年等五人组成,郭永怀指定俞鸿儒为组长。他和同事们研制出国内第一台激波管,并于当年“八一”节送进中南海向党中央献礼。

在力学所,俞鸿儒得以尽情沐浴在名家大师的春风中。钱学森和郭永怀的办公室在一起,俞鸿儒的办公室曾经在二人对面,因此跟钱学森有接触机会,并跟着二人去拜访前辈。

虽然未听说郭先生当面表彰过人,但他却关怀着俞鸿儒。1959年群众掀起技术革新高潮,党中央要求中国科学院对其中最重要的十项作出评定。钱学森所长从院部领回超声波和涡旋管两项任务。俞鸿儒被指做作钱所长助手,对涡旋管制冷进行评定。因任务紧迫,连夜所长向他布置工作。当他深夜从钱所长办公室出来时,等候在门外的郭永怀先生将几份涡旋管论文抽印本交给他,有力地支持他按期完成任务。

俞鸿儒在进行早期激波管实验时曾发生了几次事故,严重的一次把临时搭建的棚子都炸坏了。然而每次事故后他都未遭责难,反而得到安慰与鼓励。原来郭先生已预先向党委和钱所长说清了情况。如果没有郭先生的支持,这种实验是难以展开的。近水楼台,接受钱、郭两人影响,他深切感受到二人的科学精神和踏实严谨的科研作风,此后科研实验再未发生严重事故,科研上也不断自我突破。

1962年初,广州科学大会期间,钱学森向钱令希提出把俞鸿儒留下来。作为交换条件,大连工学院到力学所再挑选一个年轻人,钱令希挑中钟万勰。1962年9月,俞鸿儒调入力学所。俞鸿儒和钟万勰二人先后当选中国科学院学部委员。

3 空天铸剑 助力航天事业

“海阔凭鱼跃,天高任鸟飞。”在力学所这片广阔的天地中,俞鸿儒在激波管研究领域埋头苦干。1958年12月至1959年底,激波管组人员全部调到140部(即本所承担国防尖端任务的气动实验部),支援风洞建设,从事超声速风洞测量仪器的配置与研制,俞鸿儒担任风洞部测量组组长。1962年,激波管组建成直通型风洞JF-4,1964年建成反射型激波风洞JF-4A。

他始终关注中国航天事业,在解决航空航天关键技术难题方面做出突出贡献。1965年2月28日,国防科委召开导弹防御系统会议。郭永怀提交了“关于开展导弹再入物理现象研究”的报告。中科院于10月5日正式向力学所、物理所、电子所和地球物理所下达“640-5”任务,由力学所抓总。俞鸿儒所在的激波管组也参加“640-5”工程。

俞鸿儒的一大特点就是尽量用最少的钱做工作。1964年开始设计大型激波风洞JF8,郭永怀看到安装起来的风洞后,误以为花费了几百万元经费而非常生气。当听说通过废置设备利用,找寻便宜靠谱的工厂,仅花费8万元加工费后,郭永怀非常满意。

1968年11月,俞鸿儒在“文革”清理阶级队伍期间,被撤销组长职务面临审查。郭永怀已将激波管组调入位于绵阳的中国气动中心,俞鸿儒很快就恢复了科研工作,并于1972年初为返回式卫星提供设计数据,还在1975年参加了气动攻关协作研究。

1988年,他组织联合课题组开展长征二号捆绑式大推力运载火箭级间分离,为长征2号戊(CZ-2E)的研制成功做出了重要贡献。在火箭发射后分析故障原因时,他凭借广博的基础知识和丰富的实践经验,巧妙构思,领导课题组开展游机喷管辐射加热影响研究,为澳大利亚通讯卫星奥赛特B-1在1992年3月按期发射成功消除了障碍,开拓了国际卫星发射市场。

4 敢为人先 独创爆轰驱动

目前全世界激波管强驱动方式主要有三种:重活塞驱动、加热轻气体驱动和爆轰驱动。俞鸿儒创建的爆轰驱动技术,为中国人在世界空气动力学界赢得了声誉。俞鸿儒凭借其在高温气体动力学方面的理论,以及激波管与激波风洞技术上的进展,于1991年当选中国科学院技术科学部学部委员(院士)。

受前辈影响,俞鸿儒认识到,搞研究不能一味模仿别人,要走出自己的路。上世纪60年代初,俞鸿儒在分析一次激波管氢氧燃烧实验事故时,发现根源是出现了爆轰。爆轰是极其危险的事,应尽力避免。俞鸿儒反其道而行之,弄清爆轰驱动的规律。很长一段时间,他一直在头脑中不停思考爆轰驱动技术。1988年9~12月,作为西德马普学会向中国科学院提名邀请的科学家,他在亚琛工业大学激波实验室参加“高超声速、高焓流动”专题研究,完成爆轰驱动的原理性实验,回国后成功发展成反向爆轰驱动技术。1998年,他和赵伟、林建民等建成国际上首座爆轰驱动激波风洞JF10。

2001年,俞鸿儒和陈宏等首创双爆轰驱动方法。他提出在正向爆轰驱动段上游增设辅驱动段,在辅驱动段起始反向爆轰波,成功将正向爆轰驱动段中的泰勒波完全消除,克服了正向爆轰驱动产生的强激波衰减严重的难题。2003年,该成果被空气动力学学会推荐收录到中国科协2003年学科发展动态蓝皮书。

2012年,复现高超声速飞行条件激波风洞JF12这一国际巨龙,在怀柔钱学森工程科学基地横空出世。运用俞鸿儒独创的爆轰驱动理论及技术,2008年起在财政部的国家重大科研装备专项的支持下,姜宗林研究员率领中科院力学所高温气体动力学实验室中的JF12团队具体实施,用4年时间建成了复现高超声速流动条件激波风洞这一大型科研装备,可复现25—40公里高空、5到9倍声速的高超声速飞行条件,引领了国际先进风洞技术的发展。美国国防部2013—2015年连续三年向国会提交的报告中评价了中国的JF12激波风洞,认为这体现了“中国科学院在推进军事现代化的基础研究中起到了关键作用”。

他一再强调,研究工作的价值在于“花比较少的钱、小的代价去解决大的、重要的问题”,不能落入“花钱越多、成果越大”的误区。这套世界水平的重大科研装备的研制经费,如若在其他部门,可能申请几亿经费,而在俞鸿儒省钱办大事的方针下,他们用4000多万元就建成了。

他还积极推动高温气体动力学实验室的发展。自1958年担任力学所激波管组组长以来,俞鸿儒一直是力学所激波管方面的学术带头人。 在他和竺乃宜等人的努力下,1994年中科院批准力学所成立高温气体动力学实验室,并于2011年迈入国家重点实验室序列。他长期担任实验室学术委员会主任,指导工作。他把高温气体动力学国家重点实验室当作一个大家庭,现在依然审慎思考实验室的长远发展,提出各种战略性建议。

5 锐意创新 推动激波管应用研究

粉碎“四人帮”后,步入“不惑之年”的俞鸿儒,嗅到了科学春天的气息。1978年召开的全国科学大会上,“激波风洞应用研究”荣获全国科学大会奖,并同时获得中国科学院重大成果奖。此后,俞鸿儒和同事们的科研热情高涨,通过国际交流,将视野扩展到基础和工业应用。

早在1964年郭永怀就关注含灰气体流动,1980年代初,俞鸿儒研制出竖直含灰气体激波管,开展含灰气体流动及激波特性研究,首次观察到无间断前沿的含灰气体激波结构。

1985~1988年间,他与第三军医大学王正国等人研制成用于生物冲击伤试验的生物激波管,成果获得中国人民解放军总后勤部科技进步一等奖和国家科技进步一等奖。

上世纪80年代,他首先用激波管理论分析热分离器流动,与大连理工大学合作,运用他独创的热分离器理论,制作产品并应用于油田气回收。1998年完成“籍热分离器降低总温的低温风洞”获中国科学院发明奖一等奖。这一发明克服了国外用液氮制冷的低温风洞费用昂贵和污染环境的难题,开拓了建造高雷诺数低温风洞的新途径。

乙烯是评价国家工业化水平的重要标志之一。钱学森早在20世纪50年代初就指出以气体动力学为反应气体创造急速升至高温和高压的反应条件,实现快速反应,并将生成的化合物通过迅速膨胀冷却进行“冻结”的思路。俞鸿儒从1980年代积极探索工业化裂解乙烯研究,提出反向射流混合加热法。到了1990年代,他积极推动“用于裂解制造乙烯的气动加热方法研究”。这一气动新思想如能在化工中实用将会产生重大的经济和社会效益。

6 甘当铺路石 培养人才

“青出于蓝而胜于蓝,冰水为之而寒于水。”他一直很重视人才,以培养力学接班人为使命,曾于1990年被评为中科院优秀研究生导师。他铭记郭永怀先生的话,“我们这一代,你们以后二、三代,要成为祖国的力学事业的铺路石子。”几十年来,他培养了多位硕士和博士,成为学术精英和国家栋梁。他还在中国科技大学、国防科技大学等高校担任兼职教授,多年来热心培养人才,并大力支持这些单位的力学学科建设,推动了中国高校的力学教育。

他非常赞同爱因斯坦的那句名言,“发现问题比解决问题更重要。”他认为,科研选题往往决定项目的成败,选题重要但难度极大。他经常教导中科院青年科研人员,要有一种使命感,“要做别人做不了的事情”,要从国家战略性、前瞻性、牵引性的角度分析国家重大战略需求,解决隐藏的关键问题,为工业部门的实施打下基础。

兼备数学、流体力学和机械多重背景的他,既是科学家,又是工程师。他倡导理论要和实际相结合,强调理论分析、实验、计算联合运用的研究方法。他始终保持严谨的科学态度,确保实验数据的严肃性,也要求学生务必如此。

他随和、亲切,气度从容、非常淡定,对学生和下属极少有愠色,总是循循善诱。他从来不把学生当劳力,而是充分尊重学生的研究兴趣,鼓励他们自信和独立思考。

他对国家科技人才培养提出了自己的看法,认为顶尖的人才不是刻意挑选出来的,而是在合适的土壤中生长出来的。人才要在工作过程中发现,看谁能解决关键难题。营养是必要的,但不宜太多,否则水多了会把苗子浇死。

7 不忘初心 壮心未泯

他虽然年事已高,却依然耕耘在科研第一线,孜孜不倦地探索,学术思想活跃,善于从战略角度理性地看问题,如前辈钱学森和郭永怀一样,不断开辟新的方向。新世纪初,路甬祥院长建议他关注极其重要的“高超”问题研究。他选定创建可靠的地面试验装置和增大冲压发动机推力两项关键性工作。当前以污染气体作为试验介质的试验装置,难以提供可靠的试验数据。激波风洞试验介质为空气,能提供复现飞行条件的气流参数,但试验时间太短。如何延长试验时间呢?采用爆轰驱动能提供足够的驱动能,但爆轰驱动适用于产生高焓气流,在Ma=5~8范围,难将分界面缝合,试验时间很短。经过反复思考,他发现采用小直径驱动段能克服这一困难,再将被驱动段长度增长并增大直径,便能建造长达100毫秒试验时间的激波风洞。他和周围的同志商定后,于2006年向中国科学院提出建造复现高超飞行条件的脉冲风洞的建议。

此前,他提出了冲压发动机采用催化复合方法提高发动机推力的新概念。自2006年立项以来,这一研究工作已取得阶段性进展。最近,他积极思索高铁气动力学关键问题,以及高超冲压发动机如何突破制约发展的障碍。

他先后担任过中国力学学会、中国航空学会和中国空气动力学学会理事,中国空气动力学学会副理事长,空气动力学国家重点实验室学术委员会副主任,以及《空气动力学学报》的副主编和顾问。按照国家政策,他这个院士将于2017年年底前正式退休。这位慈爱善良的老人正在积极思考一个值得做的好题目并协助立项,在略显浮躁的科研环境下,让有志提高我国科学技术水平的优秀青年塌下心来做好学问。他期待钱学森的“工程科学”理念和“求实求是”的科研传统能够传承给更多年轻人。

(作者系中国科学院自然科学史研究所副研究员)

感谢中国科学院力学研究所高温气动国家重点实验室对“俞鸿儒院士资料采集工程”的支持。

 

 

① 1958年俞鸿儒与金生结婚照

 

 

②氢氧爆轰驱动高焓激波风洞 JF-10


 

③1998年庆祝中德科技合作协议十周年招待会(右一和右二分别为德国亚琛工业大学激波实验室主任H.Groenig及其夫人)

 

 

④2013年9月17日俞鸿儒(中)在力学所钱学森国家工程科学实验基地作报告

 

 

⑤复现高超声速飞行条件激波风洞 JF-12全景

《中国科学报》 (2017-07-31 第8版 印刻)
 
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