陈予恕:科学研究不能只喊创新

他年近90,仍然奋战在一线,近两年承担了航空发动机“973”课题和“两机”专项任务,并取得重大进展;

他年近90,仍然奋战在一线,近两年承担了航空发动机“973”课题和“两机”专项任务,并取得重大进展;他从教60载,一生带出了120多位研究生、近百位博士生以及难以计数的本科生,其中已有5位获得国家杰出青年科学基金。他就是我国著名工程非线性振动领域专家、中国工程院院士陈予恕。

上世纪60年代,陈予恕率先将非线性振动力学引入中国,在他的坚持下,解决了国际非线性振动界长期存在的难题,推动了我国非线性振动理论的发展和航空发动机的深入研究。

采访中,他一直呼吁要加强航空发动机核心技术突破和振动力学学科建设,“当前我国航空界的明星C919客机的发动机还需从国外购买,将来我们要使用自主设计生产的发动机,这就需要研究非线性振动问题。”他还强调经世致用,在他看来,科学研究光喊创新是不行的,要对创新的难度有所认识。在这个过程中,承担科研任务的院校应该与工厂、设计院等进行长期紧密合作,只有与实践相结合,理论才能真正起作用。

将来C919客机发动机要自主设计生产

《经济》

您研究的非线性振动力学主要作用是什么?

陈予恕:振动是最常见的一种物理现象,大家熟知的刮风、船在海中漂流甚至地震时房屋晃动都是振动的一种表现,汽车、火车、飞机、火箭等运载工具依靠动力运转时也会引起大小不等的振动。振动会带来很多影响,在日常生活中,如果振动较大会引起噪声,影响人们居住生活的舒适度;从工程角度来看,如果振动较大就会破坏零件,使其寿命减少,进而增加成本,影响企业的经营效益,比如一个高速精密的机床,当它运转很快时效率才会高,但是运转加快后,机床就会有很多小的振动,时间久了就会影响机器的运行。

振动不可避免,但是可以人为地减小,为了找到控制振动大小的因素,人们已经对它进行了理论和实验研究。其实,在重视非线性理论以前,都是用线性振动理论来分析解决问题的。解放初期,我国的工业发展比较落后,能自主设计的东西比较少,主要是引进苏联的技术,并按照其设计的图纸发展,不需要我们去解决一些科学问题。上世纪60年代,我开始进行非线性振动研究,从苏联回国时国内还实行计划分配,产品供不应求,大家觉得没有必要搞减振,处于一个明明有问题却觉得没有问题的阶段。但是随着国家经济建设的发展,工业技术、科学技术向高精尖技术迈进,就需要自主设计新机器、新产品,而且当时我们所设计出来的产品在减振方面并不稳定,对非线性振动力学学科的需求非常迫切。我从上世纪70年代开始带研究生,已经培养的100多位研究生、博士在全国各地从事着该领域的研究,随着国家经济建设的发展,工程建设的需要,这个队伍也将越来越壮大。

《经济》在50多年的非线性振动力学研究中,您是否遇到过困难?是如何克服的?

陈予恕:改革开放后,各行各业都有自己的专家组,行业壁垒很大,尽管有能力、有技术,理论水平也很高,但是仍然很难跨行业申请到研究项目。举个例子,2005年我们调研发现航空发动机振动问题非常突出,但就因为我不是航空界的,所以直到2014年才拿到项目,用了差不多10年时间。这期间我们先找了相关领域的院士交流,提高理论基础;然后我和我的博士生全部投入航空发动机的研究,做出成果后向他们汇报,最终在航空发动机方面拿到了两个项目,一是“973计划”,另一个是“两机”专项。

航空发动机是一个高精密、高速旋转的机器,结构非常复杂,以前我国没有这方面的设计,只有几个修理厂,现阶段如果航空发动机出了故障,没有人来指导、分析原因,主要操作是重新拆装发动机。当前我国航空界的明星C919客机的发动机还是从国外购买的,将来我们要使用自主设计生产的发动机,这就需要研究非线性振动问题,因为飞机的整个大系统、燃气零件系统本身是一个非线性动力系统。据我了解,国外航空发动机的技术是保密的,不宣传,不发表,但是在理论层面概不保密,而且我国非线性振动力学理论在国际上还比较先进,所以我们有可能经过一段时间的努力,真正做出在国际上领先的航空发动机。

《经济》您在理论研究与实践相结合的过程中,有没有转为典型的案例?

陈予恕:1965年,平顶山新华第一洗煤厂恢复生产,在炼钢时要先清洗掉煤炭中的石头、硫等杂质,为此工厂按照国外杂志的图纸设计了一个30平方米的双层共振筛。

按照计划,筛子的使用寿命是一年,结果只用了一两个月就断裂了,于是就更换筛子的制作材料,最开始采用中碳钢,随后改成不锈钢并且加厚,但是并没有解决问题。1978年,原第一机械工业部和原煤炭部联合发文,找人研究这个问题,我们组建了一个团队接受了这个任务。经过多次理论分析和模型实验后,我们发现了筛子寿命短的原因,举个例子,比如弹簧,本来设计的需求是每毫米承重力是10公斤,但是由于主要的弹性元件参数没有选对,结果设计成每毫米承重力为3公斤或者20公斤,就特别容易坏。共振筛容易坏的原因也是如此,我们分析了这个共振筛适合的刚度和尺寸,用了两年左右的时间彻底解决了问题。这是改革开放初期,我国应用振动理论解决重大工程问题的一个典型案例。

加强师资建设,培养学科领军人

《经济》

是什么信念支撑您一路求学,并以80多岁的高龄始终奋战在第一线?

陈予恕:首先是受我父亲的影响。小时候,家里七八口人都靠父亲做小商贩维持生活,他做小商贩的时候早出晚归,而且讲诚信,童叟无欺,给我树立了吃苦耐劳、讲诚信的榜样。

其实小时候并没有太大的雄心壮志,没有当科学家的想法,但是朦朦胧胧地知道自己要好好念书,将来才能提高家里的生活条件。整个人生观的形成是在大学时代,大二时期我得了严重的胃病,但是家里穷治不起,最后学校出钱给我做了手术,并给我提供了休养环境。可以说,父母给了我生命,组织、学校给了我第二次生命,怀着感恩的想法,只能用努力学习来回报。

之所以一直坚守在第一线,第一,国家需要这一学科,现在很多领域都面临着非线性动力学问题,但是我年纪大了,做研究的时间不多了,因此我希望能够培养出更多的学生来从事这个行业。第二,对支持我的甚至是不支持我的人负责,院士有院士的责任,不是说当上院士就可以睡大觉了,在这背后有一股不服输的劲儿支撑着我去做出更多的事,所以2017年我又获得“天津市科技重大成就奖”。

《经济》您培养出了近百位博士生,包括5位国家“杰青”,培养优秀传承人的心得有哪些?

陈予恕:我有一个很大的坚持,就是想通过知识、经验培养出一支队伍,建设好我国这一学科。

当前本科的力学系、数学系知识并不深入,因此我一直严抓教学计划,首先,在理论层面,让他们能够看懂学科前沿的内容,在这个基础上再创新。其次,严格考核成绩,在培养研究生、博士生的时候,每周都会和他们见面讨论问题,同时批评也会很严厉,不会因为他们很优秀就放松要求。第三,把前沿的研究成果贯彻到教学当中,例如共振筛是如何做理论分析、实验研究的等。第四,激发学生兴趣,让他们参与一些国家专项、重大专项,直接接触最前沿的理论和实践。

更重要的是,我想培养一些学科领军人,一般我的学生都是接班人,但是领军人物不是每个人都可以,需要达到一定的能力。研究很难,科学研究光喊创新不行,对创新的难度缺乏认识也不行,需要循序渐进地引导,要想真正做出成果,没有持之以恒、孜孜不倦的努力是做不到的,这是一个过程。

《经济》对这一学科的未来建设您有哪些设想?如何推动该学科的发展?

陈予恕:从宏观角度来看,力学分为固体力学、流体力学和一般力学,振动属于一般力学的二级学科,开学术会时会有七八百人参加,按理说也不算小学科。但是从院士角度来看,一般力学仅有4个院士,固体力学、流体力学的院士都几十个,当然这与他们学科发展较早有关,我们这个学科是近几年才发展起来的。

当前,社会对这一学科的需求很迫切,比如航空发动机、高铁、海上采油都需要该学科,但是难度很大,要推动学科的发展就需要培养更多的人才,真正钻进去做一些工作。首先,在非线性振动力学方面,制定全国统一教学计划;第二,培养教师资源,但是这个有相当的难度;第三,高校应与工厂、设计单位保持长期的、紧密的合作;第四,做一些普及宣传工作,让更多人了解这一学科。

文 / 《经济》杂志、经济网记者 张军红 搜狐记者 王德民

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