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范绪箕:托举中国航空梦

■张翘楚

范绪箕(1914—2015)

力学家,航空教育家,曾任上海交通大学校长。1935年毕业于哈尔滨工业大学机械系,1936年留学美国加州理工学院,攻读航空工程博士学位。

1940年归国后一直致力于航空领域的教学、科研和管理工作,创建了浙江大学航空工程系;1952年负责筹建了华东航空学院;1956年调任南京航空学院,主持建院改制工作;1980年担任上海交通大学校长,推动中国高等教育体制改革。曾任国防科委航空专业教材委员会副主任委员,中国航空学会第一届常务理事,中国力学学会第一、二届理事,长期从事热弹性力学的理论和应用研究,为中国热应力学科发展作出了贡献。

无论是作为航空教育家还是科学家,范绪箕超过百岁的人生都与航空结下了不解之缘。航空是他最初的梦想,也是他始终无法放弃的事业。

上世纪三四十年代,他与钱学森一样,师从航空航天界的科学泰斗冯·卡门。回国后,他创建了一个航空工程系,筹建一所航空院校,为另一所航空院校改制,使它们走上平衡发展的道路。他是最早提出研制中国自制无人机的科学家,90多岁撰写专著,有人称他将自己活成了一部“中国航空航天教育发展史”。

1 冯·卡门的第一位中国学生

范绪箕1914年出生于北京的一个书香门第家庭。父亲范其光早年就读于京师同文馆,因学业优异被清政府选派为第一批留俄学生,回国后参加了中东铁路的测量和修建工作。母亲李国奎,门第显赫,出身李鸿章家族,为其长兄李瀚章长孙女,从小接受中西教育,提倡西学,对子女的教育颇为严格,注重培养他们的动手能力。

范绪箕5岁进入私塾读书,从认识“方块字”到诵读四书五经,接受了良好的传统国学教育,打下了坚实的中文基础。1923年,9岁的范绪箕进入崇德中学开始接受西式教育。崇德中学是由英国中华圣公会创办的一所教会学校,该校对国文、数学和英语等课程的教学十分重视,对于学生学习、自修的管理和督促也非常严格,百年来培养了众多杰出人士,如科学家杨振宁、邓稼先及建筑学家梁思成等。年少的范绪箕逐渐适应了新式学堂的学习,在此度过了一段美好而快乐的时光。

1924年10月,因父亲被调往哈尔滨任中东铁路中苏理事会理事,一年后他们全家搬至哈尔滨。当时成立不久的哈尔滨中俄工业学校(哈尔滨工业大学的前身,以下简称哈工大)正好为招收中国学生而开始设立预科,范绪箕和哥哥范绪筠的教育问题迎刃而解。除了在学校里学习俄文、数理化等课程外,母亲还安排了家庭教师为他们补习英文、国文等,同时学习小提琴、交际舞以及网球等文体技能。1929年,15岁的范绪箕从预科学校毕业,进入哈工大学习。

范绪箕就读于电机系机械组,与同系电机组的孙运璇在预科学校结识、成为挚友。在校期间,两人合作完成了毕业设计“某城市的发电厂设计”,其中孙运璇负责发电机设备、电网输配电等设计,范绪箕承担锅炉、涡轮机等设备的设计。合作过程中,两人不断磨合意见、修改图纸,精益求精,这一经历让范绪箕增长了知识,增加了他的全局意识和合作意识。

也是在哈工大读书期间,一件意外的事影响了他,不仅让他确定了学习目标,甚至因此改变了人生轨迹。

1933年,抗日战争已爆发。范绪箕和家人接治病的母亲回家,火车在长春开往哈尔滨的途中遭到劫持,倾覆出轨。事发后,日本的飞机在列车上空盘旋、轰鸣、猛地俯冲下来并飞掠而过,如此傲慢的示威与欺凌令范绪箕愤怒不已,他暗下决心要学习航空,造出中国自己的飞机。

自此,航空梦便在范绪箕心中生根发芽。他的一生也与中国航空紧密联系在一起。

1935年,范绪箕从哈工大毕业。范绪筠为他联系了美国普渡大学机械专业,并愿意用自己的奖学金资助弟弟出国深造。然而,范绪箕已经坚定了学习航空的意愿,并把想法告诉了哥哥。

上世纪30年代,美国加州理工学院大师云集,尤其让范绪箕兴奋的是,学校从德国聘请了航空科学领域的学术巨擘冯·卡门。他进入美国加州理工学院学习后,在1936年攻读机械工程硕士学位时得到冯·卡门的指导,第二年攻读航空工程硕士学位时就跟着冯·卡门做课题,1940年,26岁的范绪箕成为冯·卡门的博士生。他是冯·卡门的第一位中国学生。

就这样,范绪箕在大师的引领下踏上了航空工程的科研之路。冯·卡门推崇理论联系实际,以促进科学和技术紧密结合,用创造性的理念解决实际问题。他给范绪箕的第一个研究课题是用光弹性测定方法来验证卡门的结构“有效宽度”理论。而当时光弹性实验并不普及,缺少专用的实验设备和实验室,许多装置需要自己动手组装,可参考的书籍又比较少,可这锻炼了范绪箕的自学能力和动手能力。

在校期间,范绪箕结识了许多志同道合的留学生,如钱学森、袁绍文、谈家桢、袁家骝等后来的科学大家。他们有着共同的理想和生活环境,结下了深厚的友谊。

1940年夏天,范绪箕因母亲的病情而不得不踏上归程。彼时他正在撰写博士论文,离拿到学位只有一步之遥,导师冯·卡门允许他回国后完成论文寄给自己。但这篇博士论文未能完成,成为范绪箕一生的遗憾。

2 遵义、成都、昆明,战火中辗转多地

1940年,范绪箕应谈家桢邀请去当时西迁至贵州遵义的浙江大学(以下简称浙大)工学院任教。遵义城小,教师交流密切,学校支持发行各种学术刊物,学术氛围十分浓厚,然而范绪箕却感到苦恼。原因是当时的浙大没有航空工程系,范绪箕只能担任外系的教学工作,但这不是他的初衷,他迫切希望能将自己所学到的航空工程知识传授给国内年轻的学子。

1942年,范绪箕前往兰州参加工程师学会联合会,并向大会提交了论文《三边固定一边自由之薄板受中心压力之弯曲》,这是他博士论文的核心内容。因论文的创新性和实用价值备受好评,他获得了优秀论文奖,使国内同行注意到了他的研究成果和能力。

在返回遵义的途中,范绪箕转道成都拜访了航空委员会航空研究院副院长王助。看到冯·卡门的亲笔推荐信后,王助热情地邀请范绪箕留下来,而这里完备的设备和良好的研究环境正是范绪箕梦寐以求的。就这样,他成为了该研究院研究员。

然而,这里的研究工作与范绪箕的设想仍旧相去甚远。由于原材料匮乏,航空器材国产化的研究思路竟是以竹替代铝合金,即将竹子用塑胶黏合,制成“层竹板”代替钢材,范绪箕的任务是计算并试验这种材料的切应力。

本就对以竹代钢的方法颇为质疑,在试验中范绪箕越发确定这样的研究是徒劳的,与此同时,研究院内复杂的人际关系令他无所适从。范绪箕再一次陷入迷茫。

1943年,范绪箕收到清华大学航空研究所所长庄前鼎的聘函,他再一次收拾行囊辗转到了昆明。然而进入研究所后,范绪箕再次感到失望,因为这里的研究设备和航空委员会航空研究院一样——只不过把竹层板换成了木层板。

于是,范绪箕将注意力转向了风洞研究。当时清华大学的低速钢板回流风洞正是冯·卡门的助手华敦德几年前来华工作时帮助设计制造的,那些带有华敦德签名的设计和计算图纸令范绪箕倍感亲切,如同多修了一门新课。研究风洞的经历使范绪箕对航空领域的认知更加全面。

对于人生中这一段彷徨摸索的时光,范绪箕有颇多感慨。当时中国的现实让他明白,物质的匮乏导致没有基本的实验设备,连这个基础都没有,那么航空科研、制造就无从谈起。但这段辗转的经历没有让范绪箕改变初衷,只是作了一些调整,除了风洞研究外,他确定了以教育为自己的终身职业,为中国的航空事业培养更多的航空专业人才。

3 开拓中国航空教育之路

1945年8月,抗日战争刚刚结束,范绪箕应邀回到浙大创建航空工程系。

面对专业需求量大且师资力量严重不足的状况,范绪箕着手制订了一套切实可行的教学计划。他积极物色海内外有相关专业背景的专家学者前来任教,引进了国外较为完备的教材,并且将二战期间航空科学技术领域新的进展列入课程计划中。

在缺少经费和专业设备的情况下,范绪箕仍克服困难带领团队建立专业实验室,为此不惜多次自掏腰包购买原材料和聘请技术人员。短短3年时间,浙大航空工程系建成了风洞、结构、发动机、仪表4个实验室,其中风洞实验室是中国第一个3英尺低速风洞教学实验室。该系专业课的实验数量在当时全国航空工程系中位于前列。

1949年杭州解放时,浙大曾一度处于无人管理的状态,教学活动几乎停止。为了维持学校秩序,范绪箕临危受命担任总务长,负责学校的行政工作。

很快他便观察到学校总务工作的最大问题是财务、行政、仓库保管中存在管理漏洞,对此他制定并完善了相关的多项规章制度和操作流程,极大方便了师生办事。在此之前,范绪箕不擅长管钱、管物,对金钱没有什么概念,为了工作需要,他投入巨大精力,克服重重困难,顺利完成了这一工作。

3年后,范绪箕又迎来更大的挑战和任务。

1952年,全国高等院校进行院系调整。华东教育局决定将南京大学、交通大学和浙大3所高校的航空工程系合并成立一所航空学院。范绪箕被指定为召集人,负责组织搬迁及筹建工作。

在学校的选址和校舍设计上,范绪箕付出了许多心血。他多次与市政局斡旋,最终确定了中山陵附近的一块幽静“宝地”作为华东航空学院的校址,随后又邀请了建筑学家设计学校的教学楼、教职工宿舍和园林等。

在学校的硬件设施完善后,范绪箕开始着力整合三校航空系的教学资源。他十分注重师资水平的培养,尤其支持青年教师的成长,为此他推行检查性听课制度,帮助教师提高教学水平,并定期安排教师参加理论或实践方面的进修班。1955年,范绪箕组织创办《航院学报》,增进了华东航空学院师生的学术交流,营造了良好的学术氛围,教学工作很快走上了正轨。

1956年,华东航空学院西迁并更名为西安航空学院,同年范绪箕调到南京航空学院(现南京航空航天大学,以下简称南航)任副院长,主持建院改制工作。

范绪箕首先调整了学制和培养目标,将原专科班次全部调整为本科班次,将专科三年级的学制延长至4年,其余年级延长至5年。范绪箕认为应给学生以基础知识、自然科学和技术科学的综合教育,于是组织教师在课程设置、教材选用等方面进行了大规模调整,并根据每个班级的不同情况开展了不同层次、不同学科的补课,重点对数理化方面的基础知识进行巩固。

其次,在专业设置上,他反对学习苏联航空院校将“工艺”和“设计”分开的做法,而是将两者结合起来,使各专业的学生既学有所专,又对航空工业的各方面有一个整体把握。

另外,范绪箕还在学校图书馆建设、实验室设备和学生生产实习等方面注入了大量心血,使南航在短短两三年内达到国内普通大学的水平。

1958年,各项工作进入平稳期后,范绪箕开始思考如何提高南航的科研水平。当时中央已经提出了“以任务带学科”的口号,他借此机会作出了研究无人机的决定——这是国内最早的无人机研制。范绪箕认为,这项研究不仅能够满足国防部导弹研制对靶机的需求,还可以带动南航学科的全面发展。

不承想,这条无人机研制之路走得异常艰辛,范绪箕面对的不仅是缺少可参考的资料、设备和资金,还时常被突如其来的运动干扰。然而就在这样困难的情况下,上世纪50年代到70年代,“南航一号”“南航二号”“长空一号”系列相继问世。尽管“南航二号”因缺少试验条件未能试飞成功,但其研制工作带动了南航的空气动力学、飞机设计与制造、自动控制和无线电等专业的发展。

从1956年到1978年,范绪箕在南航任职长达23年。这期间,范绪箕不仅主持完成了建院改制,发展了独具南航特色的无人机事业,建设了风洞实验室等,没忘记教学工作的他还招收培养了研究生。1984年,南航授予已离校的范绪箕“南京航空学院名誉教授”称号。

1979年,范绪箕被调至上海交通大学(以下简称上海交大)任副校长,次年升任校长。接下来的几年里,他将主要精力放在学校的人才培养、学科建设、师资队伍这3件最根本的大事上,与领导班子以“敢为天下先”的气魄,创造了国内高校中的多个第一。

范绪箕根据我国的实际情况,主张对待科研与经济的关系问题要有战略眼光,要考虑基础性研究对于国民经济的深远影响,以及通过科研培养的人才对社会主义建设的价值。

他还主张建设新兴学科,致力于理工结合、文理渗透、学科交叉等工作。为此学校先后成立了生物医学工程、系统工程、热传导和热应力、人工智能、环境保护和能源6个跨系委员会,打破了系与系的界限,丰富了学科体系,发扬了科研人员的合作精神。

“世行生”也是范绪箕在上海交大期间大力推广并落实的主要项目,即用世界银行贷款资助学生出国深造。当时有许多人反对派送本科毕业生出国,认为本科生出国后大多不会回国工作,资助他们等于“打了水漂儿”。范绪箕却从更长远的角度看待问题,表示即使这些学生不会立即回国工作,也会为中国培养大批在国际舞台上发挥重要作用的人才。

“世行生”候选人在经过严格的笔试、面试后,范绪箕会亲自同他们面谈,了解求学动机、志向和对本专业的理解等。为了落实“世行生”就读的学校,他到英国、德国和美国等多所高校进行考察,联络导师,并且专门成立了教师培训科与出国“世行生”保持联络,以便获悉他们的学习情况。当年的“世行生”如今已成为国内外多个领域及行业的中流砥柱。

4 “解甲”却不“归田”

1984年,范绪箕卸任上海交大校长,但他却并未“解甲归田”,而是言道:“职务上我已经退休,而我的科研工作则刚刚开始。”此后他将所有精力都用在了科学研究和人才培养上。

在科研上,他持续跟进世界航空航天领域的最新技术,并对于中国航空航天工业的实际问题予以重点关注。

1996年,范绪箕注意到中国在设计自己的航天飞机时遇到气动加热的问题,82岁高龄的他将研究重点转至航天飞机的热防护系统。此外,他还承接了国内航天工程开创性的计算机程序设计任务;90岁后,完成了《气动加热与热防护系统》和《高速飞行器热结构分析与应用》两本著作及若干论文。

同时,范绪箕仍孜孜不倦地致力于人才培养。他坚持亲自指导学生实验和论文写作,曾专程赴美为研究生联系导师,十几年里培养了数十名研究生。

中国科学院院士庄逢甘评价范绪箕为“我国热应力理论和工程应用研究的奠基人和开拓者”“我国空气动力学研究的先导者之一”“学风正派、治学严谨、诲人不倦、甘为人梯”。

中国工程院院士何友声说范绪箕挑战了人生的两个极限:挑战从事科研工作的年龄极限,挑战人类生命的极限。

青年时逐梦航空,战火中回到祖国投身航空教育事业,始终走在教育改革和科研的前端,范绪箕的一生便是一部“中国航空航天教育发展史”。

2015年11月21日,101岁的范绪箕与世长辞,这位伟大的百岁老人,中国航空航天教育和科研事业的开拓者走完了他光辉的一生。

(作者系中国科学院大学人文学院博士研究生)

范绪箕(左一)、范绪筠(左四)和父母姐妹。

范绪箕(左一)百岁寿辰时切蛋糕。

1984年,上海交通大学校务委员会会议现场,右一为范绪箕。

1937年,钱学森拍摄的范绪箕在美国加州留学时期的生活照。

学生和同事眼中的范绪箕

许希武(南京航空航天大学研究员,南京航空航天大学原副校长):

范先生鼓励我学英文

对于学术研究,范先生强调要与国际接轨。我当时的数理比较好,但是那时我们的英文水平普遍不怎么好,尤其口语不好。所以我进校后,他对我说:“你去参加一个英语培训班,继续学习英语。”

那时南京航空航天学院有一个托福培训班,师资挺强,很多人到那里学英语。据说学生当中还曾有人考过满分。所以范先生建议我把去托福培训班列入我的学习计划里。

为什么是列入学习计划而不是培养计划?因为按照中国当时的体制,我不可能被列在培养计划里,所以范先生才说,“将这作为一个正常的课,列入你的学习计划,你得把它补上”。他说只有这样才能与外面交流,才可能走上国际舞台,这对个人成长极其重要。

从这方面说,他对我的人生在宏观上有很重要的指导。那时的实际情况是他跟国外交往也不是很多。当时我的一个师兄到英国去了一段时间,我就想,我也出去一段时间吧。一是能让自己的英语水平有所提高,二是更多了解国外情况。

我把想法和范先生说了,他还建议我到加拿大曼尼托巴大学。后来因各种原因没有成行。

范先生给我的感受是他很用心培养学生。他的出发点是怎么把学生培养成一个以后对国家、对社会、对科学有用的人。他是教育界真正的先锋。对于范先生的教导,我一直铭记在心。

(张翘楚整理自范绪箕采集工程许希武访谈文字稿)

吕庆风(我国无人机领域著名专家,原南京航空航天学院无人机研究所所长):

范先生为什么要研制无人机

范先生对实验室的建设很重视。我印象中盖风洞实验室和建飞机结构的静力实验室时,他带了一名青年教师做热结构的研究。做热结构研究需要静、动、疲、热几个方面——静是静力试验,动是振动,疲是疲劳,热是热应力;这几个方面都要有实验室。

他的办学理念非常好,办好的大学必须要有高水平的教师。对教师来说,要理论联系实际,既会教学,又能做科研。

范先生怎么想到研制无人机,是有原因的。做科研要找一个切入点,范先生当时认为研制无人机、超音速靶机可以把多种学科带动起来,如空气动力、结构、控制、无线电、动力等学科,甚至材料学科都能带动起来。

无人机与航空的新技术、新材料、新工艺联系特别紧密,综合性很强,所以把无人机作为一个切入点非常好。尽管在那个时候,国家因为工业基础限制,没有今天这么好的条件,但是他的这一思想很有前瞻性。我认为这是我们今天纪念他的一个重要方面。

(张翘楚整理自范绪箕采集工程吕庆风访谈文字稿)

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