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空气动力学家―马明德

作者:  文章来源:校友网  发布时间:2012-11-27  浏览次数:3

马明德,空气动力学家,空气动力实验技术专家,航空航天教育家。曾参与制定国家大型风洞基地的长期规划。在哈尔滨军事工程学院的教学工作之外,历尽艰辛,自力更生地主持建成我国第一个包含亚、跨和超音速风洞的大型风洞群。对我国自行研制飞行器工作作出了重要的贡献。

     马明德1915年12月12日出生于北京(今北京市)北洋政府交通部一个科长级官员的家里。父亲马文蔚精通旧时词章,写得一手好字,喜爱文字学和雕刻金石印章,薄有资财。马明德是长子,幼年失恃。6岁至10岁在北京笃志小学和崇德小学读书。从1925—1929年在家塾学习古文、算术和英语等课程。塾师是前清举人和大学讲师,要求很严。从1929—1934年进北京四存中学和崇德中学念书,其间曾多次参加反日游行示威。高中二年级时,平素与儿子谈话不多但重视子女教育的父亲严肃地对他说,要好好读书,如考取上海交通大学,就送他出国留学。1934年马明德考取了上海交通大学机械系。

     1937年夏,“七·七”事变爆发,同年8月13日,日寇又从上海大举入侵中国。马明德随上海交大由徐家汇迁入法租界。1938年他毕业于交大机械系航空门,获学士学位。1938年8月自费赴美留学。1939年获密歇根大学航空工程硕士学位。随后去美国东部达来威尔州新堡城的伯伦克飞机工厂实习。同年11月乘船返回上海。

     1940年6月新婚之后第五天,他和夫人蒋祖绮辗转经香港、海防,前往位于滇缅交界(垒允县)由中美合办的杭州飞机厂工作。因该厂被日本飞机炸毁,又转往该厂设在缅甸八莫的航空发动机装配厂并负责发动机试车工作,从土建工作开始,1941年10月10日试车台安装完成,举行了落成典礼,他得到美国厂长的表扬。1942年4月,日寇攻陷缅甸仰光,飞机厂宣布解散,马明德自愿带领从八莫撤回国内的技术工人去贵州大定发动机制造厂,到厂后任机工课技士。

     1942年10月,马明德到内迁重庆的交通大学航空系任教,除读新书,教新课外,还种菜自给。在重庆交大先后开出《应用空气动力学》、《飞机性能设计》、《发动机动力学》。他讲课生动,深入浅出,有问必答,平易近人。1945年日本投降后,全家随交通大学迁回上海。1946年马明德翻译了美国V.L.Mal1eev著《机械设计》,以后又陆续开出新课《发动机设计》、《喷气发动机原理》。课余愿和同学交往。由于内战升级,物价不断上涨,马明德先后在光华大学、大同大学、兵工学校和商船学校兼课,以维持生计。讲授课程多达八九门,每周最多达30学时,在此重压下,他变成了教书机器,也变成了多面手。

     1949年9月,马明德调华东军区军事科学研究室任研究员。为解放近海岛屿,他与岳�毅等研究出一种惯性驱动的潜水爆破装置。

     1952年深秋,党中央在哈尔滨决定创办我国第一所综合性的军事工程技术高等学府——军事工程学院(以下简称哈军工),任命陈赓大将为院长,以第二高级步校的机关和华东军事研究室的全体人员为筹建学院的基础。1952年冬,哈军工的苏联总顾问奥立霍夫同志到京,商定了学院的任务和规模。为了办好学院,决定请上级调入一批著名的科学家和有经验的教授。华东军事研究室的张述祖和马明德等应召赴京,草拟出从各大学和研究所请调知名科学家和教授的名单;还草拟了从部队内部抽调一批已受过大学教育的青年干部的名单,调他们来学院当助教。

 

艰苦创业,建成了我国第一个大型的低、跨、超音速风洞群

 

     1953年1月,马明德到哈军工报到。当他被任命为空军工程系空气动力教授会(即教研室)副主任时,自愿兼任空气动力实验室主任,他坚信风洞实验室是研究空气动力学和设计飞机的极重要手段。

     1953年上半年,空气动力教授会拟定了先建两台直径为1.5米的回流式低速风洞和一座80毫米×80毫米的吸入式超音速风洞的规划。建国前马明德一直未能实现建造风洞的愿望,该计划批准后,他非常高兴,亲自动手绘制低速风洞总图和纵向三分力台式天平总图,并决心自己动手设计制造具有钢铁桨毂之木质风扇(工程难点),由庄逢甘进行风扇的空气动力计算,又从哈尔滨市调进一名高级钳工师傅和一名高级木工师傅来制作。为了保证加工质量,马明德曾向殷之书教授请教有关叶片的选材、脱脂处理、干燥和粘合等工艺细节。他亲自到学院实习工厂检查台式天平加工,也去哈尔滨铆焊厂检查风洞的钢制壳体加工。在马明德指导下风洞是由实验室自己安装的。这两台1.5米低速风洞从绘图、加工、安装到试车,总共花费了一年零四个月。其中一座的实验段是开口的,称为1号风洞;另一座是闭口的,称为2号风洞。1955年1月8日,由空军工程系唐铎主任主持空气动力实验室的开幕典礼,并在实验室墙壁上刻石留念。刘居英副院长到会祝贺并给马明德等七人通令嘉奖。这是哈军工建成的第一座大型实验室。其后,在苏联专家和马明德指导下,1号风洞及时给第一期学员开设八个空气动力教学实验课。

     跨入50年代,战斗机的最大速度已接近音速,急需以实验方法开展跨音速空气动力学的研究。当时跨音速风洞技术尚未公开,1955年秋,教研室苏联顾问建议向民主德国订购一座近音速风洞。马明德主张积极和德方联系,但到1956年初苏联仍不同意帮助我国建设任何空气动力研究所。1956年6月学院获准派人去民主德国直接商谈近音速风洞的技术条件和订货合同。这时马明德已考虑大型超音速风洞的建设问题,酝酿派人到苏联学习。因而,1957年春安排纪士坪在再次去民主德国的途中重点访问莫斯科儒可夫斯基空军工程学院空气动力实验室,具体了解超音速风洞情况。

 

     在设计建造80毫米×80毫米超音速风洞(简称为3号风洞)时,根据苏联顾问的意见,直接从大气中吸入空气,所需65米3的真空箱由马明德亲自绘图设计。风洞设计M数为2.0,装有我国自制的第一台纹影仪。该风洞于1956年初安装试车成功。此外又根据教研室苏联顾问的建议,制作了两台直径为0.75米、截面为八角形的闭口、开路式木结构低速风洞。这两台风洞(简称4号和5号风洞),先后开设九个不同内容的教学实验课。

     1956年10月9日,马明德作为中国人民解放军国庆观礼代表,在北京接受毛泽东、刘少奇、周恩来和彭德怀等党和国家领导人亲切接见,并合影留念。

     向民主德国订购的风洞于1959年3月安装在急需该设备的三院701所,这是中国第一座跨音速风洞之前身。1956年底,陈赓代总参谋长考虑到学校研究跨音速空气动力之需要,同意哈军工向民主德国定购第二座近音速风洞,并于1960年5月安装在哈军工(简称7号风洞)。在马明德的指导下,该风洞在1963年9月被改造成跨音速风洞,M数达到1.2。这是我国高等院校的第一座大型跨音速风洞。

     1958年初,哈军工在科学实践中提出了马赫数M=2.5超音速飞机的空气动力课题,马明德立即提出兴建600毫米×600毫米大型超音速风洞(简称6号风洞)和3.5米×2.5米回流式的大型低速风洞(简称8号风洞)的计划。在学院领导的支持下,该计划同年8月获中央军委批准。先开始建6号风洞,从定方案画图纸开始工作。由于人手不够,除吸收高年级学员以勤工俭学方式参加设计工作外,又请教研室其他同志负责解决马赫数为1.5至5.0的八对喷管设计问题,而整个工程则交由实验室副主任纪士坪具体负责。由于技术储备不足,参考资料少,大家都边学边干,夜以继日地工作。马明德和岳�毅虽另有教学任务,但天天都来现场讨论方案,指导设计,在困难面前毫不动摇,根据具体情况解决具体问题。

     当6号风洞全面铺开后,空军工程系批准大型低速风洞可以利用发动机实验室的500千瓦直流电源设备,于是马明德和岳�毅三天就绘出8号风洞的气动轮廓图。由于钢材紧张,决定采用钢筋混凝土洞体结构。为了节省用料,在设计中他大胆采用较大的扩散角和较短的收缩段。方案一定,立即请工程兵工程系杨江满讲师完成风洞壳体和支架基础的钢筋混凝土结构设计和施工图纸。除实验段和动力段之外,整个风洞的壳体和支架基础的钢筋混凝土浇灌工程在当年11月即投入冬季施工。次年,终因实验室人手实在太少,不得不暂停建设8号风洞,而先全力完成6号风洞。

     在6号风洞建设中,急需的紧缺材料与设备的供应和加工,都得到陈赓院长和黑龙江省委的大力支持。另一方面,马明德和纪士坪又十分重视工程质量和施工安全,坚持强度计算和实验,所以工程进展较快。1959年9月6日,6号风洞进行首次通气实验。经改进风洞喷管段和实验段的密封系统后,同年11月风洞实验M数达到设计值2.5。至此中国自行设计、建造的第一座600毫米×600毫米吹气式超音速风洞正式基本建成。在此之前,哈军工完全不知道航空工业部1958年从苏联引进图纸,并在沈阳开工建造一座AT—1型的跨、超音速风洞。在困难条件下自行设计的6号风洞和全盘引进苏联成熟技术的AT—1风洞相比,显然缺点不少,但无论如何,自力更生建造的6号风洞是一座可进行实验的、有特点的超音速风洞。其主要特点是:该风洞前室可承受35个大气压,可进行增压试验。

     在1960年至1961年间,6号风洞为112厂设计室进行了大量的超音速飞机进气道特性实验,这是中国超音速飞机的首次型号试验。后来6号风洞在马明德指导下,其他同志改进了前室稳压装置和改善喷管流场。在6号风洞建成吹风之后,周恩来总理、叶剑英元帅和彭真同志曾亲临参观视察。

     1960年10月,马明德开始集中力量抓8号风洞的第二阶段建设。在这一阶段,他主要抓了三个关键问题:一是水泥洞体基础的加固;二是直径4.5米风扇的设计;三是六分力正塔式天平的设计、加工和校准。在系党委支持下,马明德采取技术骨干与群众相结合的办法来解决技术力量不足的困难。调来56届飞机强度专业即将毕业的20名学员,以8号风洞设备,特别以六分力正塔式天平为毕业设计课题,完成了各项设计任务。后来,六院七所因自己设计的4米×3米大低速风洞报废又派来15名技术人员支援一年,这批技术人员大都成为以后建设四川4米×3米和6米×8米大型低速风洞的骨干。1963年8月,8号风洞——当时全国最大的低速风洞,试车成功,最大风速达到60米/秒。同年9月,张爱萍副总参谋长为8号风洞题词:“天下无难事,只怕有心人。”

     马明德在建造中国大型塔式六分力机械天平工作上作出了重要贡献。他阅读了国外文献,参观了北京航空学院小塔式天平,深入分析了国内外塔式天平之利弊,肯定了塔式天平消除各分力间的相互干扰之优点,进一步确定了提高天平测量精度的方案,采纳了纪士坪提出的按洞体坐标轴系测量6个分力以简化结构的建议。同时深入研究了十字交叉弹性铰链的计算方法,并在《航空学报》上发表了文章。当时马明德强调指出,保证天平精度的主要方法不在于提高天平部件的加工精度,而在于提高关键部件的可调性;又告诫说不要怕天平的平台质量大,质量大的天平振动小。在天平调试过程中,出现了塔心调整困难,马明德鼓励支持李凤蔚所提出的调整塔式天平塔心的矩阵方法。应用这一方法,令人头痛了两年之久的塔心调整问题,在1965年3月,终于获得圆满解决,天平精度达到了1‰,重复性也很好。30年来,有6个单位以8号风洞天平为蓝本设计了各自的塔式天平,但其精度都低于8号风洞塔式天平。1965年9月,通过流场测量和标模试验,证明风洞流场合格,天平工作稳定可靠。我国第一座3.5米×2.5米量级低速风洞从此投入使用。在四川4米×3米低速风洞建成之前,它在全国处于全面领先地位。

     60年代,我国自行设计的飞机、导弹纷纷上马,大家争用大型低速风洞。1965年4月,决定把哈军工风洞群中的6号、7号和8号风洞组成空气动力实验研究室,主要进行生产实验,由六院和哈军工共同领导。这说明马明德1953年对中国航空工业发展和空气动力应用前景的预见和采取的行动是十分正确的。

     在经验不足、人手不足、资料不足、财力有限的困难条件下,马明德在教学工作之外,从1953—1965年,经过12年的努力,在哈军工共建成大小风洞8座,从而构成了一个拥有从低速、跨音速到超音速整个速度范围的兼顾教学和科研的风洞群。这是我国风洞发展史上第一个以研制飞行器为主的配套风洞群,是我国风洞发展史上的一个里程碑。这也突出了哈军工当时在空气动力科学研究工作上的作用。在1963年哈军工10周年校庆学术会议上,马明德宣读了一篇总结风洞群建设初步经验的论文。

     1964年初,聂荣臻元帅提出组建空气动力专业组(编号为第十六专业组),钱学森为组长。下设理论和实验技术两个分组,马明德兼实验技术分组组长。到“文化大革命”前夕,马明德主要抓了三件事:一是在对国内外风洞进行充分调研的基础上,协助钱学森进行我国大型风洞建设规划论证。1964年5月在北京三座门论证会上,马明德建议国家成立空气动力研究院,以便统一规划,集中建设。他又提出:全国风洞应该大中小配套,对现有的风洞要提高控制、测量和自动化的水平。二是1965年在哈军工召开了以交流我国第一个风洞群建设经验为主的第一个经验交流会,从而建立了风洞试验技术经验交流和协作攻关的传统,并提出要进一步确定检验各家风洞质量的标准模型。三是通过系统交流信息,促进了全国风洞测控系统的自动化。大家都称赞马明德的实干作风。

 

对我国自行研制飞行器作出了不可磨灭的贡献

 

     1956年1号风洞建成后,我国飞机厂的飞机设计师们前来质疑:1.5米风洞能不能为飞机设计提供有用的实验数据?因为,在1号风洞内,常规飞机模型试验雷诺数的量级仅为0.5×106。马明德指出:在没有大风洞的情况下,暂时可用比拟法来使用1.5米风洞。即先做一个展弦比为5的等弦长机翼,把试验结果与美国NACA结果对比,再做一个有大风洞试验结果的真实飞机的模型来做对比实验。这样,320厂制做了雅克18的缩尺模型,112厂制做了雅克11的缩尺模型来吹风,从而找出了小风洞与大风洞实验结果之间的关联。以后在1号风洞中分别为112厂和320厂做了歼教1飞机、初教6飞机的全机模型实验;又为歼教1飞机做了飞机进气道的总压恢复特性及流场特性试验;机身和机翼接合处整流罩外形的试验;以半机翼和单独尾翼模型进行了操纵面铰链力矩测量实验;还用模拟了质量和惯矩的座舱盖和副油箱模型进行了投放实验。在马明德指导下,112厂专为2号风洞设计加工了横向三分力天平,从而取得横向三分力数据。中国飞机设计师就这样利用1.5米风洞取得了自己的经验,提前把自己研制的飞机安全送上了蓝天。

     8号风洞对我国自行设计的第一代超音速战斗机歼8,不仅进行了主要的常规空气动力实验,还对歼8模型进行了难度很大的有尾喷流情况下的全机测力试验,从而确定了尾喷流对飞机空气动力,特别对俯仰力矩和平尾效率的具体影响,这在国内是首创。螺旋桨滑流对空气动力特别是升力系数也有重要影响,8号风洞在国内第一次对水轰5模型成功地进行了滑流试验。到1990年为止,除上述两个型号外,通过8号风洞安全上天的自行研制的飞机和导弹共有26个型号;还有农林飞机、反坦克导弹、远程导弹等。实践证明8号风洞实验数据不同期的重复性很好,赢得了用户的信誉。上述机种的许多高速项目曾在7号风洞进行了试验。为了保证实验质量,实验室的同志在马明德的具体领导和联系实际的严谨学风影响下,开展了一系列基本技术研究工作。可以看出,由马明德主持建成的风洞群和培养出的一批技术人才,对我国航空由仿制迅速走上自行研制的道路,作出了不可磨灭的贡献。

 

在哈军工的教学工作

 

     在建设风洞群的同时,马明德从未中断飞行力学的教学工作和兼任的教学行政工作。从1956—1958年,马明德主讲《飞行力学》课程,教学内容完全选自国外新教材和国外最新研究成果。他讲课生动活泼,思路开阔,深受同学欢迎,至今仍保存有当时听课笔记的同学大有人在。为了体验基本飞行动作,曾带同学到航校进行感觉飞行。在此期间,他编写了《飞机空气动力计算》、《飞机纵向安定性和操纵性》、《飞机横向安定性及操纵性》等教材共38万字。这是建国后当时最新的飞行力学教材。

     从1957年2月起,马明德兼任空军工程系工程科主任,对学生的情况了如指掌。1957年11月至次年底,马明德参加了空军工程系七科(导弹专业)的筹建工作,不仅与苏联专家一起到对口单位进行了调查研究和考察,还亲自兼任该专业飞行原理组组长,对导弹飞行动力学也亲自写了40学时讲稿。随着风洞群的兴起,空军工程系新建立了空气动力专业。1961年4月,马明德被任命为新成立的空气动力专科主任。同年,马明德光荣加入中国共产党。

     1961年和1962年,马明德为新建立的气动专业讲授飞行力学课,并编著了讲义《飞行动力学》。书中系统介绍了突风响应、飞机弹性的影响、惯性交感和飞机的传导函数等新概念。当空军初次遇到滚动失稳事故时,该书对空军分析人员提供了基本思路。在该书的编写过程中,马明德指导其他教师对弹性飞机的稳定性问题进行了开拓性研究,并用该方法研究了风洞天平的动态特性。1965年他与吴根兴在《航空学报》上发表了论文“关于机械式风洞天平设计中的静态与动态问题的探讨”。

     马明德很关心青年教师的进修,曾指导他们学习振动力学,每周抽两个晚上,给大家补习英语,逐段讲解Etkin飞行力学原著。

     1964年马明德兼任空军工程系副主任,抓全系的教学和科研工作。同年末,被选为中国人民政治协商会议第四届全国委员会委员。1965年12月被任命为军事工程学院空气动力研究室主任。

     1966年“文化大革命”爆发后,马明德的全部教学和科研活动被迫中止。1968年的8月,以“资产阶级反动学术权威”和“特务”等莫须有罪名对他进行政治诬陷并被隔离、抄家和逼供。以至于1969年1月13日在哈尔滨工程学院航空工程系隔离室被迫害致死。这一冤案于1978年12月彻底平反昭雪,恢复名誉。1979年1月22日在长沙国防科学技术大学隆重举行了马明德追悼会。国防科委副主任钱学森教授专程来长沙致悼词,高度评价了马明德对航空科学技术事业所作出的贡献,特别是对国防科委风洞实验基地的贡献。

     马明德热爱祖国,热爱航空,既有渊博的理论知识,又有丰富的工程经验。从1953年起,在教学工作之外,自愿献身于空气动力实验事业。他在工作中一直贯彻自力更生和科学求实精神,不讲空话,不怕困难。他决策果断,大胆起用德才兼备的青年人。在具体技术工作中,他坚持面对面的领导,循循善诱,言传身教,严格把关,也善于倾听和采纳多方面的意见。因而,在12年内,建成了闻名全国的哈军工风洞群(中国风洞发展史上的一个重要里程碑),即今天627所的前身。马明德是我国航空技术界之奇才。正当他将作出更大贡献之时,竟溘然长逝,壮志未酬,实在令人痛心不已!他所规划的中国大型风洞群,在他离开我们后,已在中国空气动力研究与发展中心建成。在中国风洞发展史上,那是另一个更重要的里程碑。1956年以来,中国自行研制的飞行器无不通过他所建造的风洞升上蓝天。在全国有关院校、研究所和基地,都可找到他的足迹和影响。现在,他的学生们,在各自岗位上,正继承他的献身精神,以他为楷模,把他未竟的事业推向前进。

 

简历

1915年12月12日 生于北京市(原籍安徽省滁县)。

1934—1938年 在上海交通大学机械系航空门学习,获学士学位。

1938—1939年 在美国密歇根大学航空工程专业学习,获硕士学位。

1940—1942年 任云南省垒允中央杭州飞机制造厂工程师组长。

1942—1945年 任贵州大定发动机厂技士。重庆交通大学航空系副教授、教授。

1945—1949年 任上海交通大学航空系教授。

1949—1952年 任中国人民解放军华东军区司令部军事科学研究室研究员。

1952—1966年 任哈尔滨军事工程学院教授,空军工程系空气动力教授会副主任和空气动力实验室主任、工程科主任、空气动力专科主任、系副主任,院空气动力研究室主任。

1957年 兼任国防部第五研究院科学技术委员会特邀委员。

1964年 兼任国防科学技术工业委员会空气动力专业组成员及试验技术分组组长。

1966—1969年 任哈尔滨工程学院航空工程系教授、系副主任。

1969年1月13日 逝世于哈尔滨。

 

主要论著

1 马明德(译).机械设计.上海:中国科学图书仪器公司,1946

2 马明德.飞机空气动计算.哈尔滨:军事工程学院教材,1958

3 马明德.飞机的静俯仰安定性和操纵性.哈尔滨:军事工程学院教材,1958

4 马明德.飞机侧面平衡和安定性.哈尔滨:军事工程学院教材,1958

5 马明德.飞行动力学.哈尔滨:军事工程学院教材,1962

6 马明德,纪士坪.空气动力实验技术一些经验总结.军事学院十年校庆学术报告会论文,1963

7 马明德,吴根兴.关于机械式风洞天平设计中的静态与动态问题的探讨.航空学报,1965,1(3)

 

参考文献

1 钱学森.马明德追悼会悼词.1979年1月

2 曹鹤荪.一位忠诚于党的教育和科学事业的战士——马明德教授.《中国空气动力学发展史》编辑小组编务通讯,1984

3 戴昌辉.追忆一位为我国空气动力学发展做出贡献的专家——马明德教授.《中国空气动力学发展史》编辑小组编务通讯,1984

4 曹鹤荪.前交通大学航空工程系概况.《中国空气动力学发展史》编辑小组编务通讯,1985

5 《中国大百科全书·航空航天卷》编辑委员会.中国大百科全书.航空航天卷.北京:中国大百科全书出版社,1985:377

6 纪士坪.怀念马明德教授.《中国空气动力学发展史》编辑小组编务通讯,1985

7 顾诵芬.空气动力学对飞机研制的支持.《中国空气动力学发展史》编辑编务通讯,1986

8 韩志华.中国空气动力学发展大事记(建国后部分).《中国空气动力学发展史》编辑委员会编务通讯,1986

9 唐进悼,陈承厚.第十六专业组我国空气动力事业的发展.《中国空气动力学发展史》编辑委员会编务通讯,1987

10 杨永焘.第627所所史(1953—1984).航空工业部第627所所史办公室,1988

11 国防科学技术大学校史(1953—1993).长沙:国防科学技术大学出版社,1993



 

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