引子

2007年11月27日，當(dāng)前中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)的主要提供商之一的騰訊網(wǎng)邀請(qǐng)了一位中國(guó)工程院院士、著名氣動(dòng)彈性專家做客院士訪談欄目，主持人郭桐興一如前幾十期節(jié)目一樣，對(duì)嘉賓表示歡迎并向網(wǎng)友做了介紹。

坐在主持人一側(cè)的嘉賓年過(guò)古稀，帶著一副寬大的深色邊框眼鏡，精神矍鑠、面容慈祥，微笑中透出自信、堅(jiān)毅。面對(duì)主持人的提問(wèn)，他侃侃而談。

節(jié)目進(jìn)行中，院士嘉賓的話引起了主持人的一個(gè)聯(lián)想：

您說(shuō)這個(gè)我們想起來(lái)了，我們坐飛機(jī)的時(shí)候看著那個(gè)飛機(jī)（的機(jī)翼）是翹起來(lái)的，而且翅膀各個(gè)部分都有變化。

這可能是所有乘坐過(guò)大型客機(jī)的有心人都會(huì)注意到的現(xiàn)象。

隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高，乘坐飛機(jī)出行的人越來(lái)越多，在享受著現(xiàn)代航空科學(xué)技術(shù)帶給人們極大的便捷舒適的同時(shí)，也有不少乘客對(duì)飛機(jī)的安全表示擔(dān)憂。在民航論壇上，有一位網(wǎng)友的帖子與主持人的觀察結(jié)果相似：

2007年5月3日乘坐××公司的波音737-800飛機(jī)由長(zhǎng)沙飛昆明旅游。在整個(gè)過(guò)程中我一直很害怕，一個(gè)是飛機(jī)看起來(lái)比較舊，另外整個(gè)飛行過(guò)程中氣流顛簸比較厲害，可能碰到10次氣流了吧，飛機(jī)總是在搖搖晃晃。這些倒是正常的，關(guān)鍵怕的是我正好坐在機(jī)翼旁邊，我發(fā)現(xiàn)飛機(jī)整個(gè)機(jī)翼（飛機(jī)左右兩個(gè)大翅膀）居然在上下左右晃動(dòng)（主要是上下振動(dòng)），有點(diǎn)像鳥兒飛的樣子（當(dāng)然只是輕微晃動(dòng)），我一直怕飛機(jī)翅膀會(huì)在飛行中突然掉落！大家不要誤會(huì)，大機(jī)翼上有個(gè)可以活動(dòng)的部位可以控制氣流的上下活動(dòng)是正常的，關(guān)鍵是整個(gè)機(jī)翼都在晃動(dòng)，我問(wèn)了其他一些人說(shuō)大飛機(jī)的整個(gè)機(jī)翼應(yīng)該是不會(huì)動(dòng)的。我現(xiàn)在就是想問(wèn)，這個(gè)現(xiàn)象正常嗎？是不是因?yàn)轱w機(jī)陳舊造成機(jī)翼不穩(wěn)還是本來(lái)就是這樣設(shè)計(jì)的？還是其他什么原因？如果是飛機(jī)本身的問(wèn)題，希望××公司立即檢查修理，不然讓翅膀在飛行過(guò)程中掉了就不得了呢！

主帖一出，跟帖近百，眾說(shuō)紛紜，莫衷一是，其中不乏具有航空和飛機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)的網(wǎng)友，但也許要說(shuō)清楚這樣的問(wèn)題太過(guò)專業(yè)，因此解釋顯得過(guò)于簡(jiǎn)單，而調(diào)侃打趣者居多。

騰訊網(wǎng)院士訪談欄目的主持人要比這位網(wǎng)友幸運(yùn)得多，他的面前坐著的是一位院士級(jí)的空氣動(dòng)力學(xué)專家。也許是考慮到網(wǎng)絡(luò)受眾年齡層次、知識(shí)層次和對(duì)航空科技知識(shí)了解程度的不同，他用盡可能淺近、直白的語(yǔ)言解釋著復(fù)雜的航空科學(xué)理論和術(shù)語(yǔ)：

……你趴在窗戶那兒看著，它不會(huì)老老實(shí)實(shí)在那兒待著，它還會(huì)抖，它抖得厲害了，等于是汽車的彈簧軟，這樣飛機(jī)里坐的人就感覺(jué)比較舒服了。通過(guò)調(diào)整翅膀的角度可以提高乘客的舒適度。但是話又說(shuō)回來(lái)了，這個(gè)機(jī)翼也不能無(wú)限制地軟，軟得厲害了，它就斷裂了，強(qiáng)度不夠了。所以又要保證它能夠承受這么大的力，然后它的變形量又要給得還可以，讓坐在飛機(jī)里面的人比較舒適。飛機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候要想這個(gè)事，先有一定的強(qiáng)度，又要有適度的變形，碰到湍流以后，它能夠起一個(gè)彈簧的作用，讓乘客比較舒服。

還有一個(gè)辦法可以讓乘客舒服，就是在機(jī)翼上擱一個(gè)可以偏轉(zhuǎn)的舵面，通過(guò)傳感器，感受氣流的運(yùn)動(dòng)，然后它通過(guò)舵機(jī)產(chǎn)生相反的信號(hào)，讓那個(gè)舵面運(yùn)動(dòng)以后，這個(gè)舵面控制它，一個(gè)往上，一個(gè)往下。這樣的話，等于是你雖然很亂，但是機(jī)翼感受不到。

……這樣座艙里的客人感覺(jué)比較舒服，機(jī)翼也沒(méi)有那么大的變形了。這種東西在現(xiàn)在比較新的課題里面，有的已經(jīng)在用了，就是為了改善這個(gè)環(huán)節(jié)，這叫湍流響應(yīng)的主動(dòng)控制。主動(dòng)控制湍流響應(yīng)，機(jī)翼變形也小一些，旅客也感覺(jué)比較舒服些。

要完全理解他的講述，首先要了解人類利用任何材料制造出的任何一種結(jié)構(gòu)，都不可能是絕對(duì)剛性的，也就是在外力作用下，任何材料和結(jié)構(gòu)都不可能保持幾何形狀絕對(duì)不變形。飛機(jī)也不例外，在飛行中，飛機(jī)的機(jī)體——機(jī)身，尤其是機(jī)翼，在空氣動(dòng)力作用下必然會(huì)發(fā)生彈性變形，也就是前面這位網(wǎng)友看到的機(jī)翼隨氣流出現(xiàn)的振動(dòng)。這種彈性變形使飛機(jī)的氣動(dòng)外形有所變化，影響到空氣動(dòng)力隨之改變，從而又導(dǎo)致進(jìn)一步的彈性變形，由此形成了結(jié)構(gòu)變形與空氣動(dòng)力交互作用的現(xiàn)象。在航空技術(shù)中，將這一學(xué)科稱為氣動(dòng)彈性力學(xué)（注）。

在1903年12月17日，美國(guó)的維爾伯·萊特和奧維爾·萊特兄弟制造的世界上第一架載人動(dòng)力飛機(jī)——“飛行者1號(hào)”在美國(guó)北卡羅來(lái)納州的基蒂霍克飛上了藍(lán)天?！皬墓潭ㄒ盹w機(jī)問(wèn)世的第一天起，就遇到了氣動(dòng)彈性的問(wèn)題?！保ü艿隆斗嵌ǔ鈩?dòng)力計(jì)算》）

20世紀(jì)初，美國(guó)科學(xué)家S.P.蘭利（Langley）制造了安裝活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，但在1903年的兩次試飛均遭失敗。第一次世界大戰(zhàn)初期，英國(guó)的漢德利-佩奇（Handley-Page）轟炸機(jī)又因機(jī)身扭轉(zhuǎn)剛度不夠，發(fā)生了尾翼顫振。

“為了分析這些問(wèn)題，開始了第一批的飛機(jī)氣動(dòng)彈性研究。G.布魯爾（G.Brewer）在1913年發(fā)表了關(guān)于蘭利飛機(jī)機(jī)翼扭轉(zhuǎn)發(fā)散的研究報(bào)告。F.W.蘭徹斯特（F.W.Lanchester），L.貝爾斯托（L.Bairstow）和A.費(fèi)奇（A.Fage）在1916年發(fā)表了關(guān)于漢德利-佩奇轟炸機(jī)尾翼顫振的研究報(bào)告。

“20年代，單翼機(jī)問(wèn)世。對(duì)于扭轉(zhuǎn)發(fā)散和顫振的研究，也取得了新的進(jìn)展?！保ü艿隆斗嵌ǔ鈩?dòng)力計(jì)算》）

50年代，新中國(guó)為發(fā)展航空工業(yè)開始自主設(shè)計(jì)飛機(jī)，1956年組建了中國(guó)航空工業(yè)歷史上第一個(gè)專業(yè)的飛機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)——沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)室。1961年，按照中央決定，國(guó)防部第六研究院（簡(jiǎn)稱六院）成立，沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)室與空軍第一研究所、哈爾濱軍事工程學(xué)院（簡(jiǎn)稱哈軍工）的飛機(jī)設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)合并組建了六院一所——現(xiàn)在的沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所（代號(hào)601所）。

由中國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)的一代宗師徐舜壽領(lǐng)銜的飛機(jī)設(shè)計(jì)室自行設(shè)計(jì)的第一架噴氣式教練機(jī)是殲教1飛機(jī)。徐舜壽以其對(duì)航空科技發(fā)展的敏銳觀察，確定了將氣動(dòng)彈性問(wèn)題作為設(shè)計(jì)接近或超過(guò)聲速飛機(jī)必須研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。

沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)室和以后的601所是一個(gè)人才薈萃的集體，除了主任徐舜壽、副主任黃志千之外，還有陸孝彭等在美國(guó)、英國(guó)著名飛機(jī)公司從事過(guò)飛機(jī)設(shè)計(jì)的中國(guó)第一代飛機(jī)設(shè)計(jì)師以及葉正大等曾在莫斯科航空學(xué)院學(xué)習(xí)飛

管德院士

機(jī)設(shè)計(jì)制造的赴蘇留學(xué)生。徐舜壽在倚重這樣一批當(dāng)時(shí)中國(guó)一流的飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)人才的同時(shí)，還非常重視年輕一代中的技術(shù)骨干。為解決顫振問(wèn)題、培養(yǎng)氣動(dòng)彈性力學(xué)方面的技術(shù)尖子，他從平均年齡22歲的技術(shù)人員中，選擇了清華大學(xué)畢業(yè)生管德。

半個(gè)多世紀(jì)以后，2007年的這一天，管德以中國(guó)工程院院士、著名氣動(dòng)彈性專家的身份接受了騰訊網(wǎng)邀請(qǐng)，坐在了院士訪談主持人郭桐興旁邊的嘉賓位置上。

注釋：

氣動(dòng)彈性力學(xué)（Aeroelasticity）。研究空氣動(dòng)力與航空器結(jié)構(gòu)變形相互作用及其對(duì)飛行及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響的交叉學(xué)科。飛機(jī)結(jié)構(gòu)在空氣動(dòng)力作用下會(huì)產(chǎn)生變形，這種變形反過(guò)來(lái)又使空氣動(dòng)力隨之改變，從而導(dǎo)致進(jìn)一步的變形；這樣就構(gòu)成了氣體、固體耦合的氣動(dòng)彈性現(xiàn)象。氣動(dòng)彈性不僅對(duì)飛機(jī)的載荷分布、操縱性、穩(wěn)定性有顯著的影響，而且會(huì)產(chǎn)生一系列靜態(tài)和動(dòng)態(tài)失穩(wěn)問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使結(jié)構(gòu)破壞，造成飛行事故。因此，飛機(jī)設(shè)計(jì)必須考慮氣動(dòng)彈性問(wèn)題，在飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范及適航條例中對(duì)此都有專門的條款及規(guī)定。在氣動(dòng)加熱嚴(yán)重的情況下，個(gè)別部件還需要考慮熱氣動(dòng)彈性問(wèn)題。（《中國(guó)航空百科辭典》）