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“筑风洞,铸国防”
——纪念新中国第一座风洞实验室诞辰70周年
唐瓦加
1953年初春,哈尔滨的寒意未散,而一股比气温更炽热的激情,正在哈军工空军工程系悄然涌动。刚从苏联归来满怀信心地走上工作岗位的系主任唐铎在全系会上郑重宣布:“陈赓院长已经下了决心,我们必须建成中国自己的风洞实验室!”
所谓“风洞”(wind tunnel),即风洞实验室,是利用相对运动原理,通过人工控制气流作用于固定的飞行器模型或实物,以模拟复杂的飞行状态,测量气流对实体的影响,获取关键实验数据。风洞试验是飞行器研发中不可或缺的一环,被誉为现代飞机、导弹、火箭等研制和定型的“绿色通道”。在更高层面上,风洞实验室的建设水平,已成为衡量一个国家空气动力学技术能力的重要标志。
空气动力学教授会风洞实验室主任马明德教授
1953年,空军工程系的“空气动力学教授会”正式成立,由毕业于清华大学、曾留学英德的岳劼毅教授任主任,毕业于交通大学、留学美国的马明德教授任副主任。
在风洞实验室筹建伊始,唐铎主任明确指示教授会:“系里已经将基建规划上报院基建委员会,经费问题你们不必担心,务必尽快拿出建设方案来。”教授会由此将建设新中国第一座风洞实验室,作为首要工作任务。岳劼毅、马明德、庄逢甘、罗时钧等人反复讨论,提出初步方案:先建两座实验段直径为1.5米的回流式低速风洞,其中一台是开口的,叫“一号风洞”;另一台是封闭式的,叫“二号风洞”。随后再建设超声速风洞。同时,马明德被任命为风洞实验室主任。
军事工程学院空军工程系的“风洞实验室”
然而,当年夏天,马明德就遭遇到一道重大技术难题——风洞所需螺旋桨的材料与制造工艺。原来现有飞机用螺旋桨因与风洞发动机系统在转速和风速上不匹配,无法直接使用。为寻找合适材料,他几乎走遍哈尔滨的各大工厂与材料市场,依旧一无所获。唐铎得知情况后,亲赴现场了解,并请来岳劼毅、庄逢甘、罗时钧等人共同研究对策。讨论中,马明德大胆提出:“是否可以用木头代替金属,制造木质螺旋桨桨叶?”他解释说:“关键在于选用足够坚硬的木材,并配合特殊加工工艺。”唐铎主任当即表示支持:“这是另辟蹊径,很好。我们系里再研究一下,为你们当当参谋。你们还有什么困难,也要及时提出来。”
马明德顺势提出技术工人紧缺的问题,尤其缺乏高水平木工、高级钳工和车工。他解释说:“首先要找会刻制桨叶的高级木工,还要找高级钳工和车工,做平台得有好手艺才行。”唐铎当即表态:“系里尽快解决调人的问题。”。但要找到符合要求的高级技工,确实需要到院外寻找。陈赓院长得知此情况后,亲自致信哈尔滨市委书记王一伦,请求市政府协助调配人手。不久,技艺高超的木匠吴相亭和八级老车工姜延栋被调入了空军工程系。
为了寻找合适木材——老核桃木,马明德通过学院器材处联系哈尔滨市计委,经特别批准,从陕西秦岭山区砍伐老核桃树,并运回了哈尔滨。
在动手制作螺旋桨桨叶之前,唐铎主任又指示说:“自己动手,制造木质螺旋桨,由试制第一片开始,取得经验。测试合格,再往下制作。”经过几个月的调研和准备,风洞的设计工作开始了。马明德和助手刘千刚、纪士玶昼夜奋战了几个月绘制了两个风洞的全部工程400余张的图纸。然后,马明德又查阅大量资料,与吴相亭师傅反复做试验。使木料的抗拉力、抗阻力、抗扭力和本料的胶合、加温、脱脂、干燥等一系列技术难题逐一得到解决。然后又亲自带着实验员煮木料,指导吴师傅按图纸刻制浆叶。经过五个月艰苦努力,第一片合格桨叶终于制成了,开创了中外风洞建造史的先例。随后,余下的12片桨叶也陆续完成。与此同时,姜延栋在马明德指导下,负责加工了风洞其他关键部件。
风洞壳体由哈尔滨铆焊厂负责制造,因其缺乏经验,马明德的助手纪士玶干脆“入驻”工厂,全面监督和指导。整个壳体耗用钢板达60吨,最终顺利完工。一号、二号风洞的天平由学院四海机械厂承担了制造任务。
风洞实验楼总建筑面积达1500平方米。建筑完工后,马明德教授又领着学院的四海机械厂的师傅们在楼内安装了风洞,吊装了风扇,装配了天平和电 机。就这样,经过一年零三个月的艰苦奋战,新中国第一座风洞实验室终于建成。
1954年11月20日,“一号风洞”首次试车成功,全体参与人员倍受鼓舞。一个月后,“二号风洞”也顺利完成试车,标志着新中国最早的两座低速风洞正式建成投用。一号风洞很快就投入教学,为第一期学生开设了8个空气动力实验课程。
1955年哈军工空军工程系风洞实验室(空气动力学实验室)纪念牌
1955年1月8日,风洞实验室举行隆重的开幕典礼,并在实验楼大门刻石铭记。中央军委、空军及兄弟单位代表应邀出席。典礼上,唐铎发表开幕致辞,岳劼毅详细汇报筹建过程。副院长刘居英代表学院党委致贺,并宣读由陈赓签署的嘉奖令,通令表彰马明德等七位在建设中作出突出贡献的教授与技工。典礼结束后,与会代表参观了风洞吹风实验现场及各类模型与仪器展览。
1955年1月院刊《工学》刊登空军工程系空气动力学实验室(风洞实验室)开幕典礼的报道
刘居英副院长向马明德教授颁发奖品
当时建成的1号风洞口径是1.5米。一些飞机设计师质疑:这么小的风洞能提供有用的实验数据吗?因为风洞里飞机模型的试验条件与实际差距很大。对此,马明德提出:可以用“比拟法”——先用标准机翼做试验,把结果和美国的资料对比,再用已有大风洞数据的飞机模型做对照。这样,飞机制造厂的工程师们逐步找出了小风洞与大风洞试验之间的对应关系,通过这些努力,中国的飞机设计师们在实践中掌握了小风洞的使用方法,在风洞实验室成功地获取了很多重要的新型飞机数据。
在建设风洞过程中,马明德起到了非常重要的作用。除了完成平时的教学工作,他还特别负责了三件跟风洞有关的大事:第一,他帮钱学森一起研究中国建设大型风洞的方案,提出应该成立一个“空气动力研究院”,好统一规划。第二,1965年,马明德在哈尔滨军事工程学院组织了全国第一次风洞建设经验交流会,推动制定统一的标准模型,也让大家形成了共同协作、一起攻关的好传统。第三,他推动全国风洞的测试和控制系统实现自动化。因为马明德做事务实、效率高,赢得了很多同行的认可和称赞。
1956年10月,马明德作为人民解放军国庆观礼代表,在北京受到毛泽东、刘少奇、周恩来等党和国家领导人的亲切接见,并合影留念。这不仅是对个人的肯定,更是对整个风洞科研团队的高度认可。
1953年至1965年,在经验、人手、资料和资金都极为紧缺的条件下,马明德带领团队历时12年,在哈军工建成了8座风洞,覆盖低速到超音速各个速度段,既能教学又能科研,构成了我国首个以飞行器研制为核心的风洞群。在整个建设过程中,系主任唐铎等领导多次深入现场指导,兼任中国人民解放军副总参谋长的陈赓院长也多次致电询问进展,给予高度重视与大力支持。
1955年11月,著名科学家钱学森在访问哈军工,听取马明德汇报风洞建设情况后连连赞叹:“了不起!你们的空气动力学教研室已走在全国前列,中科院也要向你们学习!”当苏联顾问得知风洞所使用的螺旋桨竟为木质制造,更是惊讶不已,称之为:
“令人难以置信的创造,真正了不起!”
1959年12月23日,周恩来总理视察哈军工六号风洞,听取唐铎汇报后深有感触地指出:“一定要有自力更生的精神!若依赖进口设备,恐怕现在还建不成一个风洞。”
1986年,中国工程院院士、著名飞机设计师顾诵芬在回顾风洞实验室的贡献时指出:“我国自行研究的高空高速歼击机,其低速气动力数据,大部分是在这里取得的。它们为新机上天作出了重要贡献……中国的风洞建设始终与飞机研制密切结合,对型号研制起到了巨大推动作用。”
1957.4.24 朱德副主席参观空军工程系 101 风洞试验室,听马明德介绍风洞工作情况。
1961年7月30日,唐铎(左1)、哈军工政委谢有法中将(左2)向谭震林副总理(左3)介绍空军工程系的风洞实验室
1964.8 叶剑英元帅视察哈军工空军工程系风洞试验室(左起:谢有法、叶剑英、岳劼毅)
哈军工空军工程系建设的八座风洞,覆盖了从低速、跨音速到超音速的各个区段,构成了系统完备、功能齐全的“风洞群”。这一成就,不仅体现了空军工程系“自力更生、奋发图强”的办学精神,更在中国风洞建设史上写下了浓墨重彩的一笔。
值此新中国第一座风洞建成70周年之际,我们深深地缅怀马明德教授,也铭记岳劼毅、庄逢甘、罗时钧、刘千刚、纪士玶等为风洞建设付出心血的教授们;铭记1955年1月12日《工学》报刊登的被学院陈赓院长通报嘉奖的实验员邓士贻、技工吴相亭、姜延栋、黄振远、张志民,实验工厂车间副主任左学农,钳工张旗中等同志。正是他们,用智慧和汗水,在哈军工筑起了新中国第一座风洞实验室。而这一切的开端,离不开陈赓院长高瞻远瞩的决策,对科技人才的高度信任,为风洞实验室建设注入的强大动力。七十年光阴流转,哈军工的风洞依旧轰鸣。