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家世与学生时代
1932年农历6月9日(公历7月12日)管德出生于北京,他的童年是在北京北新桥原王大人胡同的一所宅院里度过的。他的父亲尹凤鸣是清末留日武备生,毕业于日本陆军士官学校第八期。1911年从日本回国后,在保定陆军军官学校任教官。1923年保定军校停办后,由于与同是日本陆军士官学校第八期、后来被任为奉军参谋长、时任江苏军务督办的杨宇霆的关系,作为杨宇霆的军务处处长转入奉系军阀张作霖麾下,1925年3月,以北洋政府陆军部参事职被中华民国北京政府授陆军少将。因1928年张作霖被日本人炸死于沈阳,张学良“易帜”宣布拥护国民政府等一系列政治事件的发生,同时出于对龌龊官场的厌恶,有着显赫经历的尹凤鸣退出军界和官场,靠出租房产为生,过起了简居的生活。新中国成立后,沉默近20年的尹凤鸣,接受了新政权的统一战线政策,在区一级的政协委员职上参加了参政议政的活动。管德随母姓,他的母亲没有更多地受过教育,不能教孩子读书识字,是个典型的贤妻良母。
管德的启蒙老师是父亲,从小教他认方块字,一直学到4000个字。数理化和古文等专业知识力不从心,他就给孩子聘请家庭教师。因为北平是日本占领区,为避免奴化教育的影响,让孩子接受民族传统教育,管德和弟妹们的小学、初中课程都是由父亲请家教修完的。父亲为孩子学习很舍得下本钱,请了国文、英语、历史地理、数理化和书法老师,老师都是正规学校出来的,为他打下了良好的基础。日本投降后,管德得以出去上学,而且顺利考上了五中的高中。
从家庭学校到社会的正规教育,管德对环境的适应感到并不费劲,从高二开始,他的成绩在班里就一直名列前茅。他并不喜欢与那些循规蹈矩的好学生为伍,更多地是与那些被视为调皮捣蛋的同学一起嬉戏玩耍。父亲很看重对他独立性的培养,尽管学校距家不远,却不让他回家吃午饭,当时学校没食堂,午饭只能到学校附近的饭铺自己解决。高中三年,锻炼了他的自立能力。
管德从少年时期开始就喜欢航空,读了中学阅历宽了,经常涉猎航空类书籍,他搜集积攒了几大本飞机图片,当中几乎包括了世界所有的机种机型。1949年管德参加了北平解放后的第一批大学高考,他的志愿报了两个学校,一个北洋大学,一个清华大学,而且都是航空系,结果以优异成绩被两个学校录取,他选择了清华。
新中国的开国大典,管德作为清华大学的学生参加了天安门广场国庆游行。大学第一学期,学习的是基础课,普通物理、微积分等课程学的比较系统。但是新政权初期,动荡的政治环境对学习影响在所难免,进入第二学期之后,知识分子思想改造之类的政治活动逐渐展开,加之抗美援朝、土地改革、镇压反革命……管德是一个对新鲜政治空气敏感的人,在新中国阳光沐浴下,清华园处处生机勃勃,他以饱满的热情投入到了各种政治运动中。1951年5月,他加入新民主主义青年团,1952年6月,加入中国共产党。随着国民经济恢复时期任务的完成,大规模国家经济建设全面铺开,国家急需建设的专业人才。为适应国家发展需要,管德这一届大学生在校不到三年就毕业了,按照大学课程安排,他们四年级以后的专业课没有学。管德被分配到了航空工业局。
从内刊主编到技术尖子
国家施行的是大学毕业统一分配,管德被航空工业局选中,分在局机关调查研究科,主编内部机关刊物《通报》,兼管一些党组秘书的工作。调研科是个没有具体数字指标任务的机构,每天的工作几乎都是围着局领导转。主要是了解基层情况,经分析研究向领导反映,再通过各种方式包括编辑出版《通报》,将领导和上级意图传达下去,得以贯彻。经过几年历练,领导对他的评价是:工作负责,钻研业务,具有一定的组织能力和思想水平,编辑工作比较熟练。同事也很喜欢这个活泼好动,善于思考,耐得住寂寞的同仁。
1956年,党中央号召向科学进军,航空工业除完成空军的修理与配件任务外,还完成了两种飞机的仿制任务。徐舜寿、黄志千等向上级提出建立中国自己独立的设计机构的建议,航空工业上下一致形成共识,自行设计自己的飞机。1956年8月15日,局长王西萍发布命令,在112厂、410厂分别成立飞机、发动机设计室。徐舜寿被任命为飞机设计室主任设计师。管德在局机关仕途正顺,很得领导赏识,但是经过考虑,他还是要求到飞机设计室去干一番事业。经软缠硬磨最终说服局领导同意,离开北京,调到了位于沈阳的飞机设计室,成为飞机设计初创队伍中的一员。
徐舜寿提出的第一个设计任务是设计一架中级喷气式歼击教练机歼教1。他交给管德的第一项技术工作是歼教1理论外形的计算。徐舜寿开始认为管德是领导身边出来的人,对他技术方面的发展不抱多少信心,看到他能很好地完成了这项繁杂而又单调的计算任务,才认定管德在科技方面有发展潜质。不久,他便安排管德专司在当时飞机设计领域具有超前学科的气动弹性研究。气动弹性力学是研究弹性物体在气流中力学行为的一门科学。飞机的空中解体事故告诉人们,机翼和水平尾翼颤振是导致事故的直接原因,因此,这种弹性变形引起的飞机气动特性成为航空工程界研究的对象。在我国,院校的教授们在开拓气动弹性理论研究和培养人才方面做出了贡献,而在飞机设计实践的初期,从事颤振工作的只有包括管德在内的两个人,1959年后增加到6个人,管德任颤振组组长。中国自行设计的第一架歼教1飞机,气动弹性的设计计算任务主要是由管德负责完成的,徐舜寿很满意,他把管德、顾诵芬和搞强度的冯钟越列为飞机设计室中不是坐画图桌子、而是“坐小桌子”的“专家”。
1960年,中央为集中航空科研力量,决策成立国防部第六研究院,飞机设计队伍全部归并到了六院一所(沈阳飞机设计研究所,601所)。管德担任了该所气动力研究室颤振组组长。为凝聚技术力量,向摸透米格-21飞机的目标发起冲击。601所将技术骨干分为三类:第一类技术尖子,第二类尖子培养对象,第三类一般骨干,并提出了对各类人员具体的培养措施。管德被技术副所长徐舜寿提名确定为601所7个技术尖子之一。 601所成立后,颤振组的主要任务之一是在国内计算机技术基础上,开展气动弹性计算方法的研究。气动弹性问题分为静气动弹性和动气动弹性,颤振属于动气动弹性问题领域,是气动力、结构弹性力和惯性力三者耦合的结果,要在飞机设计中预先考虑好应对颤振带来的影响,就必须对机翼进行特性的数值计算。由于建所之初条件有限,601所与中国科学院计算技术研究所合作,还南下上海,跑到北京丰台云冈的航天701所,利用兄弟单位先进的计算机进行颤振分析的研究工作。经常远离单位独立作战,每天天不亮就要赶车上路,平时很难在食堂吃饭,常常四五个人挤在一起办公、住宿,还要管着炉子不要灭了火,工作条件很苦。但是管德他们没有退缩,以无比的韧性顽强工作,在不长的时间编制完成颤振方程求解程序及与之配套的非定常气动力计算程序、结构柔度影响系数程序和结构动力分析程序,为当时较低水平条件下的航空科研和计算机应用赶上气动弹性专业世界先进水平做出了自己的贡献。
参与研制歼8全过程
1964年10月,六院在摸透米格-21飞机基础上,开始了在米格-21基础上的改进改型,正式拉开了新机歼8研制的序幕。歼8研制中,管德的任务是气动弹性的分析计算,他领导下的工作在歼8总体方案形成中成绩显著。
“文革”一开始,作为室主任的管德就受到了冲击。其实,冲击始于比“文革”更早的“四清”运动,由于有人在运动中把干部一般性的缺点错误不加分析地提高到两条道路问题上斗争,有的干部屈服了,但管德认为那些意见根本不实事求是,一条一条加以驳回,导致“下不了楼”。“文革”开始后,“四清”“下不了楼”的管德很快就被打入另册受到批判,不久当作当权者关进了“学习班”。他父母的家此时也被造反派查抄并勒令搬出。在这样的形势面前,管德忍辱负重,把歼8的研制放在了自己利益之上。
1969年歼8首飞,作为副总设计师的顾诵芬挑起了试验飞行的大梁。在解决马赫数0.86时的振动难题后,又遇到了马赫数1.24时的激烈横侧振动。刚刚“解放”的管德,为攻克试飞难关不断提出解决问题的措施,使飞机最大马赫数飞到1.82,完成调整试飞,为顾诵芬增添了有力臂膀。转场试飞后,管德不顾自己还受军宣队控制,到阎良机场指导试飞,排除方向舵振动、后机身温度偏高等故障,使飞机最大马赫数达到2.25,最大高度达到20800米。1978年顾诵芬被任命为总设计师,管德被任命为副总设计师,歼8研制走向正轨,一些重大技术关键问题也逐步得到解决。1979年年底,经过15年艰难曲折的奋斗,我国自行设计的歼8白天型飞机完成设计定型。根据作战需要,空军又在歼8白天型基础上提出加改装11项电子设备、研制歼8全天候型飞机的要求。歼8全天候飞机于1984年完成设计定型并交付部队。
这时,在我国北部边境陈兵百万的苏联军队空军,已把米格23飞机装备为主力作战机种。顾诵芬组织写出的歼8与米格23空战性能对比分析认为,歼8因采用机头进气,限制了机载雷达的性能,而米格23是两侧进气,武器火控系统优于歼8飞机,对歼8作战不利,歼8飞机需进一步改进。经空军和工业部门详细研究,决定对歼8进行大改,大改立项的研制飞机命名为歼8II。歼8II飞机是在歼8飞机基础上改进设计的,其改进重点是突出中低空机动性和超视距作战,并对与之相应的分系统进行更改。从外表看,歼8II与歼8仅在进气道和腹鳍上不同,但飞机内的系统变化很大,重新设计的生产图纸达8%,设计工作量相当于研制一架新歼击机。
为了强化歼8II飞机的研制,1982年9月,上级决定将601所副所长管德调入沈飞公司任第一副总经理兼总工程师,加速飞机研制进程。首先成立了歼8II型飞机研制领导小组,管德挂帅组长之职。1984年研制生产进入关键时期,航空工业部又确定管德兼任歼8II飞机现场指挥部总指挥。在管德领导下,沈飞公司在飞机研制中采用计划评审技术,按飞机制造程序编制计划网络图,使整个试制工作形成了全面有序的整体:同时,执行计划采取高度平行交叉作业,最大可能地缩短试制周期。除加强行政指挥外还实行了经济承包责任制,把质量、进度、费用三位一体承包,极大地调动了职工积极性。管德在协调厂所关系上也起到举足轻重的作用。他通过系统工程管理、并行工程运行,使大量因研究所设计更改严重影响沈飞公司生产进度的矛盾得到较好解决。
在总设计师顾诵芬的密切配合下,在总经理唐乾三的支持下,管德充分发挥了他的组织才干,使歼8II整个试制周期仅用17个月,比航空工业部计划(1984年10月1日首飞)提前110天实现首飞,创造了我国新机研制史上质量最好、周期最短的奇迹。
回顾歼8飞机的研制历程,从1964年10月开始,直到1985年7月全天候型设计定型,经历了21个寒暑,如果把摸透歼7算作歼8飞机研制的准备,总共23年,管德基本经历了整个研制全过程。在这个过程中,它主要从事飞机的气动弹性分析,后期介入一些定性的组织工作,他把自己的青春年华完全倾注在了我国飞机设计的创中。
气动弹性专业的奠基人和开拓者
在歼8飞机研制中,管德不仅做出了贡献,也收获了气动弹性研究方面的成果。歼8飞机的机翼,采用多种优化方法,把蒙皮分区,相应的梁分段,构成设计变量,以最小的变量变化求得最高的颤振速度。歼8飞机垂尾优化设计中,应用了拓扑变量,分别在频率域和时间域考虑了系统刚度和初始条件的影响。他在国内首先应用三维的非定常空气动力计算,计算中使用了国外刚刚推出的核函数法和偶极子网格法,并在不同参数条件下通过风洞试验验证了计算的可靠性。
管德曾诙谐地说,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。在摸透米格-21的颤振特性中,在管德主持下在风洞中通过增大速压来寻找颤振临界速度和频率,通过试验发现了平尾颤振速度随平尾翼尖配重变化的规律,从而掌握了全动平尾防颤振加配重的设计方法。歼8颤振边界就是在此基础上通过高低速风洞试验确定的。为此管德创造了用风洞进行颤振研究的方法。 他总结发表了《高速歼击机的气动弹性分析》论文,提出了系统的超声速歼击机气动弹性计算和试验方法,获全国科技大会奖:在西德工作期间,把在国外学到的知识运用到国内专业建设,发表了《地面共振试验技术》一文,获航空工业部科技成果奖。由此奠定了作为我国飞机气动弹性专业奠基人和带头人之一的地位。
飞机总设计师顾诵芬对管德为歼8做出的贡献给予很高评价,他说:歼8飞机研制,管德起的作用很大,他通过摸透米格-21的颤振特性,发现米格-21飞机机翼刚度有余量,最后按照他的意见,歼8机翼蒙皮厚度不用增加这么多,机翼重量比歼7增加的有限,保证了歼8飞机的性能,是很重要的贡献。顾诵芬还说:“歼8飞机定型前的大表速颤振试飞也是他亲自参与完成的,所以,他在新机气动弹性设计上走了全过程。”
1981年,由管德主持的《航空结构动力分析系统》(HAJIF-II)项目完成研制。该系统具有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,在颤振和突风响应计算中使用的形态可达50个。该系统经过实际使用证明工作可靠,能够满足当时航空结构固有振动和气动弹性分析的迫切需要,具有国内先进水平。这项成果获1981年部科技成果二等奖和1985年国家科技进步二等奖,管德是主要获奖者。
在管德离开航空工业担任民航重要领导职务后,他仍未中断气动弹性领域的研究,编写出版了《非定常空气动力学计算》、《飞机气动弹性力学手册》等著作,在气动弹性理论上做出了瞩目建树。2005年中航工业空空导弹研究院某产品出现舵面颤振的重大技术问题,该院找到科技委老专家要求帮助分析研究,科技委副主任顾诵芬听取现场汇报后,明确指出,解决此问题要找管德。后来问题在离开航空工业已20年的管德的帮助下得到解决,该型号很快完成了设计定型。因此,说管德是我国气动弹性专业的奠基者和开拓者,实至名归。
在工作不断的转变中贡献价值
1985年,管德被航空部任命为部总工程师兼科技委主任,但是在此不久前,他的名字出现在了中国民航局副局长的名单中。这项任命是中组部下达的,同时还让他兼任民航局党委的副书记。管德1986年1月上任,分工规划建设工作。中国民航业上世纪80年代初形成独立产业,“七五”和“八五”期间,取得了高于国民经济二倍的发展速度,成为国家发展最快的产业之一,年均递增约为20%。在这些成绩中有管德的贡献。
1986到1993年底,管德担任民航局副局长8年,如果说什么事情对他印象最深,那自然会让人们联想到航空工业部与民航局的“民机发展选型之争”。1986年国务院第125次常务会议决定发展干线飞机,从项目论证开始,到1999年波音公司宣布关闭MD90系列飞机生产线,中国干线飞机经历了长达14年的探索。在此之前,上海航空工业公司与美国麦道公司已开始生产MD82的合作探索,国务院作出发展干线飞机决策后,航空工业和民航抓紧了这项工作的国际合作步伐。作为民航局主管领导的管德虽然为首架MD82飞机的交付剪了彩,但他心目中理想的合作伙伴并不是麦道,他认为波音在民用飞机技术上实力更雄厚些,与波音合作对我们更有利。在“择优”上,航空部与民航局发生了分歧,航空部把干线飞机的选择定在了MD90-30上,合作对象定为麦道。两家争论的出发点,航空部认为与麦道合作条件现成,发展要快:民航局则更多考虑了使用部门飞机价格的从优和现有飞机及其培训队伍与波音配套。争执最终经国务院裁决选择了麦道公司。管德敢于坚持自己的意见自“四清下楼”即已出名,他认为“MDgO-30飞机技术成熟性不如波音737-300,民航现有机队以波音系列飞机为主,并形成了与机队相适应的飞机维修体系和飞行员培训体系,不倾向于合作研制麦道飞机。既然上级表示了最终决定,他还是接受,但仍明确表示了自己的担心。后来,麦道财务下滑,出现了生意上的丑闻,最终,1996年麦道被波音以133亿美元合并,1997年波音宣布关闭MD系列飞机生产线,中航工业与麦道的合作就此画上句号,中国干线飞机因此饱尝了发展的挫折。
1993年8月,按照中央任职年龄的政策管德从岗位上退休,然而在我国干线飞机选型上,他表现出来的超人远见和对事业的负责精神,却永远留在人们的心中,成为后人借鉴的财富。
1994年,管德成为中国工程院第一批院士。自1985年来到北京后,他没有因为公务的繁忙,放弃在气动弹性专业授道和育人的责任。他接受北航气动弹性研究室聘任担任了兼职教授,做培养和指导研究生工作,由于有飞机设计上工程实践的专长,弥补了院校重理论轻实践的不足,使教学水平上了台阶。1989年考取他的第一个硕士研究生唐长红,目前已成长为飞机总设计师和中国工程院院士。如今管德已经带出了5位气动弹性专业的博士。
自从1957年管德接触气动弹性专业以来,把它作为毕其一生的事业,期间尽管人生有起伏、岗位多变换,他对这门专业都爱不释手,通过自己的能力为国家的飞机设计事业做出了卓越贡献。至今,管德和他的研究团队都没停步,从2011年开始,针对国内频发飞机与导弹由于操纵系统非线性导致的事故,他把研究重点转向结构非线性气动弹性领域,着手分析摩擦与间隙参数对全动操纵面系统气动弹性性能的影响。已是耄耋之年的管德仍在飞机气动弹性专业的园地中辛勤耕耘。(本文改编自《中国飞机气动弹性专业的奠基人——管德》,航空工业出版社,2012年9月出版。)
1932年农历6月9日(公历7月12日)管德出生于北京,他的童年是在北京北新桥原王大人胡同的一所宅院里度过的。他的父亲尹凤鸣是清末留日武备生,毕业于日本陆军士官学校第八期。1911年从日本回国后,在保定陆军军官学校任教官。1923年保定军校停办后,由于与同是日本陆军士官学校第八期、后来被任为奉军参谋长、时任江苏军务督办的杨宇霆的关系,作为杨宇霆的军务处处长转入奉系军阀张作霖麾下,1925年3月,以北洋政府陆军部参事职被中华民国北京政府授陆军少将。因1928年张作霖被日本人炸死于沈阳,张学良“易帜”宣布拥护国民政府等一系列政治事件的发生,同时出于对龌龊官场的厌恶,有着显赫经历的尹凤鸣退出军界和官场,靠出租房产为生,过起了简居的生活。新中国成立后,沉默近20年的尹凤鸣,接受了新政权的统一战线政策,在区一级的政协委员职上参加了参政议政的活动。管德随母姓,他的母亲没有更多地受过教育,不能教孩子读书识字,是个典型的贤妻良母。
管德的启蒙老师是父亲,从小教他认方块字,一直学到4000个字。数理化和古文等专业知识力不从心,他就给孩子聘请家庭教师。因为北平是日本占领区,为避免奴化教育的影响,让孩子接受民族传统教育,管德和弟妹们的小学、初中课程都是由父亲请家教修完的。父亲为孩子学习很舍得下本钱,请了国文、英语、历史地理、数理化和书法老师,老师都是正规学校出来的,为他打下了良好的基础。日本投降后,管德得以出去上学,而且顺利考上了五中的高中。
从家庭学校到社会的正规教育,管德对环境的适应感到并不费劲,从高二开始,他的成绩在班里就一直名列前茅。他并不喜欢与那些循规蹈矩的好学生为伍,更多地是与那些被视为调皮捣蛋的同学一起嬉戏玩耍。父亲很看重对他独立性的培养,尽管学校距家不远,却不让他回家吃午饭,当时学校没食堂,午饭只能到学校附近的饭铺自己解决。高中三年,锻炼了他的自立能力。
管德从少年时期开始就喜欢航空,读了中学阅历宽了,经常涉猎航空类书籍,他搜集积攒了几大本飞机图片,当中几乎包括了世界所有的机种机型。1949年管德参加了北平解放后的第一批大学高考,他的志愿报了两个学校,一个北洋大学,一个清华大学,而且都是航空系,结果以优异成绩被两个学校录取,他选择了清华。
新中国的开国大典,管德作为清华大学的学生参加了天安门广场国庆游行。大学第一学期,学习的是基础课,普通物理、微积分等课程学的比较系统。但是新政权初期,动荡的政治环境对学习影响在所难免,进入第二学期之后,知识分子思想改造之类的政治活动逐渐展开,加之抗美援朝、土地改革、镇压反革命……管德是一个对新鲜政治空气敏感的人,在新中国阳光沐浴下,清华园处处生机勃勃,他以饱满的热情投入到了各种政治运动中。1951年5月,他加入新民主主义青年团,1952年6月,加入中国共产党。随着国民经济恢复时期任务的完成,大规模国家经济建设全面铺开,国家急需建设的专业人才。为适应国家发展需要,管德这一届大学生在校不到三年就毕业了,按照大学课程安排,他们四年级以后的专业课没有学。管德被分配到了航空工业局。
从内刊主编到技术尖子
国家施行的是大学毕业统一分配,管德被航空工业局选中,分在局机关调查研究科,主编内部机关刊物《通报》,兼管一些党组秘书的工作。调研科是个没有具体数字指标任务的机构,每天的工作几乎都是围着局领导转。主要是了解基层情况,经分析研究向领导反映,再通过各种方式包括编辑出版《通报》,将领导和上级意图传达下去,得以贯彻。经过几年历练,领导对他的评价是:工作负责,钻研业务,具有一定的组织能力和思想水平,编辑工作比较熟练。同事也很喜欢这个活泼好动,善于思考,耐得住寂寞的同仁。
1956年,党中央号召向科学进军,航空工业除完成空军的修理与配件任务外,还完成了两种飞机的仿制任务。徐舜寿、黄志千等向上级提出建立中国自己独立的设计机构的建议,航空工业上下一致形成共识,自行设计自己的飞机。1956年8月15日,局长王西萍发布命令,在112厂、410厂分别成立飞机、发动机设计室。徐舜寿被任命为飞机设计室主任设计师。管德在局机关仕途正顺,很得领导赏识,但是经过考虑,他还是要求到飞机设计室去干一番事业。经软缠硬磨最终说服局领导同意,离开北京,调到了位于沈阳的飞机设计室,成为飞机设计初创队伍中的一员。
徐舜寿提出的第一个设计任务是设计一架中级喷气式歼击教练机歼教1。他交给管德的第一项技术工作是歼教1理论外形的计算。徐舜寿开始认为管德是领导身边出来的人,对他技术方面的发展不抱多少信心,看到他能很好地完成了这项繁杂而又单调的计算任务,才认定管德在科技方面有发展潜质。不久,他便安排管德专司在当时飞机设计领域具有超前学科的气动弹性研究。气动弹性力学是研究弹性物体在气流中力学行为的一门科学。飞机的空中解体事故告诉人们,机翼和水平尾翼颤振是导致事故的直接原因,因此,这种弹性变形引起的飞机气动特性成为航空工程界研究的对象。在我国,院校的教授们在开拓气动弹性理论研究和培养人才方面做出了贡献,而在飞机设计实践的初期,从事颤振工作的只有包括管德在内的两个人,1959年后增加到6个人,管德任颤振组组长。中国自行设计的第一架歼教1飞机,气动弹性的设计计算任务主要是由管德负责完成的,徐舜寿很满意,他把管德、顾诵芬和搞强度的冯钟越列为飞机设计室中不是坐画图桌子、而是“坐小桌子”的“专家”。
1960年,中央为集中航空科研力量,决策成立国防部第六研究院,飞机设计队伍全部归并到了六院一所(沈阳飞机设计研究所,601所)。管德担任了该所气动力研究室颤振组组长。为凝聚技术力量,向摸透米格-21飞机的目标发起冲击。601所将技术骨干分为三类:第一类技术尖子,第二类尖子培养对象,第三类一般骨干,并提出了对各类人员具体的培养措施。管德被技术副所长徐舜寿提名确定为601所7个技术尖子之一。 601所成立后,颤振组的主要任务之一是在国内计算机技术基础上,开展气动弹性计算方法的研究。气动弹性问题分为静气动弹性和动气动弹性,颤振属于动气动弹性问题领域,是气动力、结构弹性力和惯性力三者耦合的结果,要在飞机设计中预先考虑好应对颤振带来的影响,就必须对机翼进行特性的数值计算。由于建所之初条件有限,601所与中国科学院计算技术研究所合作,还南下上海,跑到北京丰台云冈的航天701所,利用兄弟单位先进的计算机进行颤振分析的研究工作。经常远离单位独立作战,每天天不亮就要赶车上路,平时很难在食堂吃饭,常常四五个人挤在一起办公、住宿,还要管着炉子不要灭了火,工作条件很苦。但是管德他们没有退缩,以无比的韧性顽强工作,在不长的时间编制完成颤振方程求解程序及与之配套的非定常气动力计算程序、结构柔度影响系数程序和结构动力分析程序,为当时较低水平条件下的航空科研和计算机应用赶上气动弹性专业世界先进水平做出了自己的贡献。
参与研制歼8全过程
1964年10月,六院在摸透米格-21飞机基础上,开始了在米格-21基础上的改进改型,正式拉开了新机歼8研制的序幕。歼8研制中,管德的任务是气动弹性的分析计算,他领导下的工作在歼8总体方案形成中成绩显著。
“文革”一开始,作为室主任的管德就受到了冲击。其实,冲击始于比“文革”更早的“四清”运动,由于有人在运动中把干部一般性的缺点错误不加分析地提高到两条道路问题上斗争,有的干部屈服了,但管德认为那些意见根本不实事求是,一条一条加以驳回,导致“下不了楼”。“文革”开始后,“四清”“下不了楼”的管德很快就被打入另册受到批判,不久当作当权者关进了“学习班”。他父母的家此时也被造反派查抄并勒令搬出。在这样的形势面前,管德忍辱负重,把歼8的研制放在了自己利益之上。
1969年歼8首飞,作为副总设计师的顾诵芬挑起了试验飞行的大梁。在解决马赫数0.86时的振动难题后,又遇到了马赫数1.24时的激烈横侧振动。刚刚“解放”的管德,为攻克试飞难关不断提出解决问题的措施,使飞机最大马赫数飞到1.82,完成调整试飞,为顾诵芬增添了有力臂膀。转场试飞后,管德不顾自己还受军宣队控制,到阎良机场指导试飞,排除方向舵振动、后机身温度偏高等故障,使飞机最大马赫数达到2.25,最大高度达到20800米。1978年顾诵芬被任命为总设计师,管德被任命为副总设计师,歼8研制走向正轨,一些重大技术关键问题也逐步得到解决。1979年年底,经过15年艰难曲折的奋斗,我国自行设计的歼8白天型飞机完成设计定型。根据作战需要,空军又在歼8白天型基础上提出加改装11项电子设备、研制歼8全天候型飞机的要求。歼8全天候飞机于1984年完成设计定型并交付部队。
这时,在我国北部边境陈兵百万的苏联军队空军,已把米格23飞机装备为主力作战机种。顾诵芬组织写出的歼8与米格23空战性能对比分析认为,歼8因采用机头进气,限制了机载雷达的性能,而米格23是两侧进气,武器火控系统优于歼8飞机,对歼8作战不利,歼8飞机需进一步改进。经空军和工业部门详细研究,决定对歼8进行大改,大改立项的研制飞机命名为歼8II。歼8II飞机是在歼8飞机基础上改进设计的,其改进重点是突出中低空机动性和超视距作战,并对与之相应的分系统进行更改。从外表看,歼8II与歼8仅在进气道和腹鳍上不同,但飞机内的系统变化很大,重新设计的生产图纸达8%,设计工作量相当于研制一架新歼击机。
为了强化歼8II飞机的研制,1982年9月,上级决定将601所副所长管德调入沈飞公司任第一副总经理兼总工程师,加速飞机研制进程。首先成立了歼8II型飞机研制领导小组,管德挂帅组长之职。1984年研制生产进入关键时期,航空工业部又确定管德兼任歼8II飞机现场指挥部总指挥。在管德领导下,沈飞公司在飞机研制中采用计划评审技术,按飞机制造程序编制计划网络图,使整个试制工作形成了全面有序的整体:同时,执行计划采取高度平行交叉作业,最大可能地缩短试制周期。除加强行政指挥外还实行了经济承包责任制,把质量、进度、费用三位一体承包,极大地调动了职工积极性。管德在协调厂所关系上也起到举足轻重的作用。他通过系统工程管理、并行工程运行,使大量因研究所设计更改严重影响沈飞公司生产进度的矛盾得到较好解决。
在总设计师顾诵芬的密切配合下,在总经理唐乾三的支持下,管德充分发挥了他的组织才干,使歼8II整个试制周期仅用17个月,比航空工业部计划(1984年10月1日首飞)提前110天实现首飞,创造了我国新机研制史上质量最好、周期最短的奇迹。
回顾歼8飞机的研制历程,从1964年10月开始,直到1985年7月全天候型设计定型,经历了21个寒暑,如果把摸透歼7算作歼8飞机研制的准备,总共23年,管德基本经历了整个研制全过程。在这个过程中,它主要从事飞机的气动弹性分析,后期介入一些定性的组织工作,他把自己的青春年华完全倾注在了我国飞机设计的创中。
气动弹性专业的奠基人和开拓者
在歼8飞机研制中,管德不仅做出了贡献,也收获了气动弹性研究方面的成果。歼8飞机的机翼,采用多种优化方法,把蒙皮分区,相应的梁分段,构成设计变量,以最小的变量变化求得最高的颤振速度。歼8飞机垂尾优化设计中,应用了拓扑变量,分别在频率域和时间域考虑了系统刚度和初始条件的影响。他在国内首先应用三维的非定常空气动力计算,计算中使用了国外刚刚推出的核函数法和偶极子网格法,并在不同参数条件下通过风洞试验验证了计算的可靠性。
管德曾诙谐地说,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。在摸透米格-21的颤振特性中,在管德主持下在风洞中通过增大速压来寻找颤振临界速度和频率,通过试验发现了平尾颤振速度随平尾翼尖配重变化的规律,从而掌握了全动平尾防颤振加配重的设计方法。歼8颤振边界就是在此基础上通过高低速风洞试验确定的。为此管德创造了用风洞进行颤振研究的方法。 他总结发表了《高速歼击机的气动弹性分析》论文,提出了系统的超声速歼击机气动弹性计算和试验方法,获全国科技大会奖:在西德工作期间,把在国外学到的知识运用到国内专业建设,发表了《地面共振试验技术》一文,获航空工业部科技成果奖。由此奠定了作为我国飞机气动弹性专业奠基人和带头人之一的地位。
飞机总设计师顾诵芬对管德为歼8做出的贡献给予很高评价,他说:歼8飞机研制,管德起的作用很大,他通过摸透米格-21的颤振特性,发现米格-21飞机机翼刚度有余量,最后按照他的意见,歼8机翼蒙皮厚度不用增加这么多,机翼重量比歼7增加的有限,保证了歼8飞机的性能,是很重要的贡献。顾诵芬还说:“歼8飞机定型前的大表速颤振试飞也是他亲自参与完成的,所以,他在新机气动弹性设计上走了全过程。”
1981年,由管德主持的《航空结构动力分析系统》(HAJIF-II)项目完成研制。该系统具有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,在颤振和突风响应计算中使用的形态可达50个。该系统经过实际使用证明工作可靠,能够满足当时航空结构固有振动和气动弹性分析的迫切需要,具有国内先进水平。这项成果获1981年部科技成果二等奖和1985年国家科技进步二等奖,管德是主要获奖者。
在管德离开航空工业担任民航重要领导职务后,他仍未中断气动弹性领域的研究,编写出版了《非定常空气动力学计算》、《飞机气动弹性力学手册》等著作,在气动弹性理论上做出了瞩目建树。2005年中航工业空空导弹研究院某产品出现舵面颤振的重大技术问题,该院找到科技委老专家要求帮助分析研究,科技委副主任顾诵芬听取现场汇报后,明确指出,解决此问题要找管德。后来问题在离开航空工业已20年的管德的帮助下得到解决,该型号很快完成了设计定型。因此,说管德是我国气动弹性专业的奠基者和开拓者,实至名归。
在工作不断的转变中贡献价值
1985年,管德被航空部任命为部总工程师兼科技委主任,但是在此不久前,他的名字出现在了中国民航局副局长的名单中。这项任命是中组部下达的,同时还让他兼任民航局党委的副书记。管德1986年1月上任,分工规划建设工作。中国民航业上世纪80年代初形成独立产业,“七五”和“八五”期间,取得了高于国民经济二倍的发展速度,成为国家发展最快的产业之一,年均递增约为20%。在这些成绩中有管德的贡献。
1986到1993年底,管德担任民航局副局长8年,如果说什么事情对他印象最深,那自然会让人们联想到航空工业部与民航局的“民机发展选型之争”。1986年国务院第125次常务会议决定发展干线飞机,从项目论证开始,到1999年波音公司宣布关闭MD90系列飞机生产线,中国干线飞机经历了长达14年的探索。在此之前,上海航空工业公司与美国麦道公司已开始生产MD82的合作探索,国务院作出发展干线飞机决策后,航空工业和民航抓紧了这项工作的国际合作步伐。作为民航局主管领导的管德虽然为首架MD82飞机的交付剪了彩,但他心目中理想的合作伙伴并不是麦道,他认为波音在民用飞机技术上实力更雄厚些,与波音合作对我们更有利。在“择优”上,航空部与民航局发生了分歧,航空部把干线飞机的选择定在了MD90-30上,合作对象定为麦道。两家争论的出发点,航空部认为与麦道合作条件现成,发展要快:民航局则更多考虑了使用部门飞机价格的从优和现有飞机及其培训队伍与波音配套。争执最终经国务院裁决选择了麦道公司。管德敢于坚持自己的意见自“四清下楼”即已出名,他认为“MDgO-30飞机技术成熟性不如波音737-300,民航现有机队以波音系列飞机为主,并形成了与机队相适应的飞机维修体系和飞行员培训体系,不倾向于合作研制麦道飞机。既然上级表示了最终决定,他还是接受,但仍明确表示了自己的担心。后来,麦道财务下滑,出现了生意上的丑闻,最终,1996年麦道被波音以133亿美元合并,1997年波音宣布关闭MD系列飞机生产线,中航工业与麦道的合作就此画上句号,中国干线飞机因此饱尝了发展的挫折。
1993年8月,按照中央任职年龄的政策管德从岗位上退休,然而在我国干线飞机选型上,他表现出来的超人远见和对事业的负责精神,却永远留在人们的心中,成为后人借鉴的财富。
1994年,管德成为中国工程院第一批院士。自1985年来到北京后,他没有因为公务的繁忙,放弃在气动弹性专业授道和育人的责任。他接受北航气动弹性研究室聘任担任了兼职教授,做培养和指导研究生工作,由于有飞机设计上工程实践的专长,弥补了院校重理论轻实践的不足,使教学水平上了台阶。1989年考取他的第一个硕士研究生唐长红,目前已成长为飞机总设计师和中国工程院院士。如今管德已经带出了5位气动弹性专业的博士。
自从1957年管德接触气动弹性专业以来,把它作为毕其一生的事业,期间尽管人生有起伏、岗位多变换,他对这门专业都爱不释手,通过自己的能力为国家的飞机设计事业做出了卓越贡献。至今,管德和他的研究团队都没停步,从2011年开始,针对国内频发飞机与导弹由于操纵系统非线性导致的事故,他把研究重点转向结构非线性气动弹性领域,着手分析摩擦与间隙参数对全动操纵面系统气动弹性性能的影响。已是耄耋之年的管德仍在飞机气动弹性专业的园地中辛勤耕耘。(本文改编自《中国飞机气动弹性专业的奠基人——管德》,航空工业出版社,2012年9月出版。)