何友声:爱运动的船舶研究开拓者!

2018-01-30 来源:蝌蚪五线谱

  上天、入地、下海,一直是人类永恒不懈的追求。近年来,我国各类舰船接二连三地下水,如下饺子般令人眼花缭乱。这些成就离不开我国船舶界科研工作者数十年的艰苦探索,而何友声作为我国船舶原理研究的开拓者和奠基人,无疑是其中最杰出的一位。

图1 - 何友声院士(图片来源:上海交通大学新闻网)

  何友声院士(图片来源:上海交通大学新闻网)

力排众议断疑案

  1976年,我国浙江沿海的轮船在航行时屡屡发生船尾剧烈振动的怪现象,往往轮船开航没多久,隔舱壁就被震出了裂缝,严重威胁航行安全。更奇怪的是,当船员们匆忙采取加固措施后,振动反而愈演愈烈。

  事关国计民生,必须尽快解决,有关部门立即组织起全国的船舶专家到现场把脉问诊。其实,不止在中国,当时世界范围内船速提升,很多国家的船舶都存在不同程度的尾振现象。一番讨论后,多数专家都认为事故原因在于船身过于单薄,而船机功率又过大。然而,坐在会场一角的一位中年人却感到事有蹊跷,他目不转睛地盯着面前的测试数据,陷入了沉思。

图2 - 某舰船尾部螺旋桨(图片来源:en.wikipedia.org)

  某舰船尾部螺旋桨(图片来源:en.wikipedia.org)

  这位中年人名叫何友声,是上海交通大学的教授。早在二十年前,年仅25岁的他就以一篇题为《辛氏法的端点修正》的论文名震造船界。建国初期,我国各行各业都向苏联学习,造船业亦不例外。然而,在船型面积计算方面,苏联教材中采用的梯形法精度有限,而另一种辛氏法又异常繁琐,很难用于实际生产。踏上工作岗位不久的何友声充满了“明知山有虎,偏向虎山行”的创新精神,经过日复一日的思索和推演,他终于找到一种简单的修正方法。这是中国人第一次在国际造船界提出自己的计算方法,它直观明了又十分精确,在造船界产生巨大影响,后来被收入各种教科书及设计手册中。

  时间来到1976年,船尾振动分析会上,何友声放下手中的测试数据,说:“各位同志刚才说的都很有道理,不过,我个人认为,这个问题主要还是由螺旋桨空泡激振力导致的。”空泡?这是咋回事儿?何友声所说的空泡,其实就是气泡。如果我们将一个玻璃瓶扔进水中,比如这样:

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  图片来源:www.physics.org

  由于瓶子比水运动速度快得多,瓶子周围的水压会突然降低,形成大量空泡,这些空泡时生时灭,随之产生强大的冲击波,最终导致玻璃瓶破裂。机智的皮皮虾就深谙此理,它在捕食的时候高速挥舞强壮有力的“小拳拳”,产生大量空泡来击晕猎物(请戳☞《色彩斑斓的杀手》)。不过,对于螺旋桨而言,空泡带来的更多是危害,一些船只仅半年就要换一次螺旋桨叶片。

  当时空泡研究在我国方兴未艾,不少专家认为何友声的观点不可思议。何友声据理力争,将最新的空泡激振力研究成果介绍给大家,这才使人信服。人们按照他的意见对船尾采取了改善措施,果然降低了船尾的振动。

图4 - 左:正在承受空泡作用的螺旋桨,右:被空泡损毁的螺旋桨(图片来源:teamuv.org)

  左:正在承受空泡作用的螺旋桨,右:被空泡损毁的螺旋桨(图片来源:teamuv.org)

  师从大师学力学

  在解决轮船的尾振问题后,何友声愈发感到深入研究这一问题的迫切性,后来他成功开拓了螺旋桨激振力等四个崭新的研究领域,取得了诸多成果,使我国船舶设计和水下兵器的理论研究飞速发展。1995年,何友声众望所归地当选为中国工程院院士。

  常言道:“名师出高徒”,教出何友声这位“高徒”的正是一批力学大师们。

  1957年,鉴于国内力学人才奇缺,中科院力学研究所和清华大学联合创办了力学研究班。作为优秀的青年教师,何友声幸运地成为力学研究班的首届学员,主修流体力学。可千万别小看这个班,它的班主任是钱学森,副班主任是钱伟长,班委则是郭永怀等专家教授。对于搞科研的人来说,这些学者无疑是万众追捧的明星,每当开课时,教室里总会挤得水泄不通,甚至连陆士嘉也常来蹭课。何友声自然十分珍惜难得的学习机会。

图5 - 何友声在力学研究班的几位老师,左起:钱学森、郭永怀、钱伟长(网络图)

何友声在力学研究班的几位老师,左起:钱学森、郭永怀、钱伟长(网络图)

  当时并没有教材,所有老师都用自己的讲义授课,讲的也都是国际力学界最前沿的内容。他们总能将高深的理论讲解得简单透彻,清晰的物理概念、简洁的数学表达,让何友声觉得听课简直是一种享受。给何友声上流体力学概论课的是郭永怀,有一次,他在讲授黏性流动的边界条件时,问道:“大家知道如何测得壁面上的速度吗?”学员们立刻七嘴八舌讨论起来,过了一会儿,郭永怀一边在黑板上画了一幅越靠近壁面测点值越离散的图,一边笑道:“壁面上的速度其实是测不到的,只能趋近。”这种平等讨论的姿态和提问式的传授方式让何友声印象十分深刻,此后几十年一直受用。

图6 - 郭永怀给力学研究班学员讲课(图片来源:参考文献[5])

  郭永怀给力学研究班学员讲课(图片来源:参考文献[5])

图7 - 何友声手稿(图片来源:上海交通大学新闻网)

  何友声手稿(图片来源:上海交通大学新闻网)

  除了理论知识,同样让何友声受用的还有大师们的科学精神与家国情怀。有一次过年,何友声作为学员代表到钱学森家中慰问,看到钱学森家中简朴的陈设,他疑惑地问:“钱老师,您在美国待了二十多年,已经有了很高的地位和荣誉,为什么还要回国呢?”钱学森说:“我早就想回来了,我要为自己的祖国服务。我们中国人要有志气,我不断做最尖端、最难的研究,就是要证明我们中国人并不比外国人差。”何友声听罢深受触动。

  在力学研究班学习两年后,何友声重新回到了上海交通大学,他谨记大师们的教诲,学习他们的教学方法将所学传授给学生。他还仿照力学研究班的形式,成立了我国第一个船舶力学讨论班,为船舶领域培养了大批优秀人才。钱学森曾称赞他“诚力学班佼佼者也”!

图8 - 1997年,何友声在上海交通大学流体力学实验室(图片来源:《中国工程院院士 1994 1995 1996》)

  1997年,何友声在上海交通大学流体力学实验室(图片来源:《中国工程院院士 1994 1995 1996》)

  爱运动的“杂家”

  除了搞科研、忙教学,何友声这位“佼佼者”还是个名副其实的体育发烧友。

  何友声曾在大连工学院工作过一段时间,在那里,他痴迷于滑冰,为此摔了不少跟头。他甚至还迷上了在冬天洗冷水澡,认为这样可以保持充沛的精力,提高科研工作的效率。

  到了晚年,何友声十分钟爱足球运动,可由于身体患病,医生禁止他跑跑跳跳,只允许每天傍晚慢走几十分钟。有一天,他的“足球瘾”又上来了,便将医嘱抛到九霄云外,瞒着家人偷偷溜到足球场上去了。不料,学生看他上了年纪,压根不愿意和他踢。何友声回到家,很快就心生一计。当夜晚甫一降临,他再次跑到了足球场,由于天黑,别人看不见他的白发,通过这样“瞒天过海”的方式他才终于踢到了足球。

  在结束酣畅淋漓的运动之后,何友声总喜欢读上几页杂书,从史籍到科幻、武侠无所不包,以至于朋友们都笑称他是“杂家”。其实,何友声深受钱学森的影响,钱学森于园林、绘画、音乐无所不通,这使他大为折服,此后也一直践行“采诸家之长”的精神。

图9 - 踢球归来(图片来源:《院士写真 崔益军摄影作品集》)

  踢球归来(图片来源:《院士写真 崔益军摄影作品集》)

  何友声在船舶领域奋斗了近半个世纪,所获荣誉不计其数,每次面对荣誉时,他都会说:“我将依旧在教学与研究园地里耕耘,这是我毕生追求的目标。”2018年1月17日,爱科研、爱教学、爱运动的何友声走了。如今,成千上万的船舶工作者依旧奋战在他一生耕耘的领域,沿着他开拓的研究方向,为我国的海洋事业添砖加瓦!

图10 - 何友声题词(图片来源:《中国工程院院士 1994 1995 1996》)

何友声题词(图片来源:《中国工程院院士 1994 1995 1996》)

  (推荐视频:何友声谈自己的研究领域,地址:http://v.youku.com/v_show/id_XNDQyOTk1MDYw.html?from=s1.8-1-1.2)

  人物小档案:

  何友声(1931.7.28 – 2018.1.17),中国工程院院士,欧洲科学院院士,我国著名的水动力学家,曾任中国力学学会副理事长、国际理论与应用力学联合会理事。他是我国船舶原理研究的奠基者、高速水动力学和出入水研究的先驱,开拓了螺旋桨激振力研究领域,使我国船舶的减振水平跃上新台阶。在空泡流和水中兵器出入水的研究中取得了重要成果,有力地支持了有关型号的研发。

  名言:

  正身律物,轻利重德,学贵致用,以勤补拙。

  参考文献:

  [2] 上海市宁波经济建设促进协会,等. 同建新上海[M]. 上海:东方出版中心,2006.

  [3] 《百年同济 百名院士》编委会. 百年同济 百名院士[M]. 上海:同济大学出版社,2007.

  [4] 何友声. 辛氏法的端点修正[J]. 中国造船,1956(5):60-63.

  [5] 中国科学院力学研究所. 郭永怀先生诞辰一百周年纪念文集[M]. 北京,2009.

  [6] 孙懋德. 群星璀璨[M]. 大连:大连理工大学出版社,1999.

  [7] 赵建夫,干国华. 星汉璀璨同济人 第1辑[M]. 上海:同济大学出版社,2007.

  [8] 徐飞. 学者笔谈 第1辑[M]. 上海:上海交通大学出版社,2012.

本文由四川传媒学院教授郑高鹏进行科学性把关

责任编辑:杨茗

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