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任正非航空問題的認知偏差_吳仲華的偉大貢獻在于三元流理論的創立@張聚恩

拜讀任正非先生5月21日的長篇訪談,深受感動和教育。在當下這場特殊戰爭中,他是偉大的智者和無畏的斗士,是我們心中的大英雄。

任先生在訪談里說了一段關于航空的內容,這本是好事,我很為他對航空的關注而興奮和喜悅;但很遺憾,其中的不實不妥之處多多。由于任先生的巨大號召力與影響力,如果不指出來,這些內容會被當成“真理”而傳播,勢必也會對他造成不好的影響。

任先生在訪談中倡導務實、改造學風,我深表贊許,并愿以身行之,遂寫此文與任先生商榷。

任先生的這段原話如下:

飛機的發明者不是萊特兄弟,他們只是完成了飛行。其實真正的發明者是茹科夫斯基,他的流體力學公式推演了讓翅膀如何升起來,奠定了升力流體力學。

我們的飛機噴氣發動機到今天不過關,但是噴氣發動機是誰發明的?中國人

鄧小平到英國引進斯貝發動機時,斯貝同意把發動機賣給我們。鄧小平問軍用的發動機賣不賣?英國人回答說賣。其實中國想買民用發動機,主要做民航機的備件,后來英國人軍用發動機也賣,也就是現在轟炸機6用的發動機

鄧小平站起來向英國科學家致敬,英國科學家嚇壞了,趕緊站起來回禮,說“感謝中國科學家的偉大發明”。

鄧小平回來查是誰發明的,是吳仲華。這人在什么地方?一查,這個人在湖北養豬,趕緊調回北京去做熱物理研究所的所長。

我們為什么不借著吳仲華的研究,一步步深入,為什么在噴氣發動機上不能進行理論突破呢?

現在飛機發動機設計叫實驗科學,不叫理論科學,而飛機一定是理論科學

F-22隱形飛機的隱形原理也是五十年代俄羅斯數學家發明的俄羅斯數學家說鉆石切面是有隱身功能,俄羅斯研究半天覺得這個東西沒用,為什么?因為做不到,沒有意義,所以批準論文公開發表。

美國人讀了以后,如獲至寶,花二十年時間把F-22隱形飛機做出來了,當然現在我們的米波雷達又把F-22看見了。

其實中國五十年代也有很多原創科學家,但是現在都是毛毛糙糙、泡沫化的學風,這種學風怎么能奠定我們國家的基礎科研競爭力呢?所以,還是要改造學風

針對這段話里的不實不妥之處,我寫了以下九點意見,以求厘清史實,闡明認知。

飛機的發明者確為萊特兄弟。

任先生說“飛機的發明者不是萊特兄弟,他們只是完成了飛行。”這話是不對的。萊特兄弟不只是完成了人類第一次有動力、可控、載人飛行,更是這款具有劃時代意義的飛機的制作者、發明者。萊特兄弟的科學素養主要來自英國的凱利和德國的李林達爾,成就萊特兄弟偉大成功的則是神奇的技術。

茹科夫斯基的偉大貢獻在于空氣動力學理論建樹。

任先生說“其實真正的發明者是茹科夫斯基”,這顯然是沒有根據的。俄羅斯茹科夫斯基對于航空科學的發展居功至偉,他的貢獻在于對空氣動力學的研究與發展,他于1907年對升力產生原理做出闡釋,并創建了計算公式,為飛機機翼的設計奠定了理論基礎。但他從未進行過飛機研制,而一架飛機,不僅需要解決機翼升力問題,還有動力與操縱系統。由此想到,科學和技術是聯姻的,但不是一回事,各有各的功用,不能以科學的重要性去抹殺技術的重要性。

噴氣發動機不是中國人發明的。

在任先生上面那段話里,最離譜的一點就是說“噴氣發動機是誰發明的?中國人。”這毫無根據。任先生想當然地認為是吳仲華,但這是一個很大的謬誤。請看,我列出的航空發動機發展的里程碑事件。

  • 1913年,法國工程師雷恩·羅蘭獲得第一個噴氣發動機專利,屬無壓氣機式的空氣噴氣發動機。
  • 1930年,英國弗蘭克·惠特爾和德國漢斯·馮·奧海因分別獨立地發明了壓氣機式的空氣噴氣發動機。壓氣機由后面的燃氣渦輪帶動,故稱為渦輪噴氣發動機(渦噴)。
  • 1937年,惠特爾的世界首臺離心式壓氣機渦噴發動機試驗成功。
  • 1938年,奧海因的軸流-離心組合式壓氣機渦噴發動機試驗成功。
  • 1939年,裝備渦噴發動機的噴氣式飛機He-178試飛成功,標志航空發動機噴氣時代到來,也標志飛機噴氣時代到來。
  • 1959年9月,英國羅爾斯·羅伊斯公司的“康威”(Conway)渦輪風扇(渦扇)發動機率先定型,被用于波音707大型遠程噴氣客機,成為第一種被民航客機使用的渦扇發動機。隨后,美國普拉特·惠特尼(Pratt & Whitney)公司和GE公司先后推出JT3D型和CJ805-23型兩款渦扇發動機,世界航發進入渦扇時代。
  • 1968年,采用GE公司TF39-GE-1C非加力渦扇發動機的C-5運輸機試飛成功。
  • 1969年采用普·惠公司JT9D-3大涵道比渦扇發動機的B747大型客機試飛成功,其后美國GE公司的CF6-6與英國羅·羅公司RB211-22B渦扇發動機相繼投入使用,標志著大涵道比渦扇發動機的成熟。(涵道比是指渦扇發動機的外涵道空氣流量與內涵道空氣流量之比,涵道比高,發動機的推進效率高,耗油率低。)

歷史事實如斯,怎能說是中國人發明噴氣發動機呢?

當世界第一份噴氣發動機專利產生時(1913年),吳仲華尚未出世。當20世紀整個30年代,渦噴技術大發展,世界航空業進入噴氣時代時,吳仲華還是一個20歲左右、尚未步入航空領域的青年學生。20世紀50到60年代的“渦扇潮”,即渦扇發動機的工業化,一舉奠定世界航空發動機至今未變的格局,吳仲華開始參與,但從事的是基礎理論與方法研究。

斯貝發動機成為殲擊轟炸機“飛豹”的配套動力。

任先生說:“后來英國人(說)軍用發動機也賣,也就是現在轟炸機6用的發動機。”事實是,轟6所用的發動機與英國人沒有任何關系。在引進生產專利的基礎上,斯貝后來發展成為我國第一型國產化中等推力雙轉子渦扇混合加力式發動機,代號渦扇9,名“秦嶺”,2003年定型,配裝殲轟7和殲轟7A,即“飛豹”。

吳仲華并未參加斯貝的開發與引進。

關于斯貝引進的過程、中英高層活動、鄧小平是否如此深度介入等,從來都有不同聲音,有賴于有關檔案的解密與開放,去確認究竟是“史實”還是演繹的“故事”。但即便如英國科學家所說“感謝中國科學家的偉大發明”,也決不是說斯貝的發明者是吳仲華,而應是指他的“三元流理論”。

今年3月19日,針對當時對吳仲華的貢獻不切實際的拔高,我在微信公眾號上發表了《請不要稱吳仲華為飛機發動機鼻祖》(可用文末的“閱讀原文”去鏈接瀏覽)。文中,引用了終身從事發動機教學與科研、如今已89歲高齡的北航陳光教授寫給我的一段話:

吳仲華提出的三元流理論與方法的確是一個重要發明,但當時計算機能力太差,所以很長時間都沒有用在發動機中。當第一代大涵道比渦扇發動機于上世紀60年代末出來時(例如用于B747的發動機),在葉片中都沒有釆用三元流理論與方法。只是到了80年代的發動機,在介紹中才特別指出葉片用了三元流,一直到現在,介紹發動機時都會提到葉片用了第二代或第三代三元流。徐建中院士講,現在飛機上的發動機都用了吳先生的發明,實際上是講發動機葉片用了。

斯貝是60年代中期發展的,在壓氣機與渦輪葉片中根本未用三元流。而吳仲華當時已在中國近十年了,是他在中國遙控羅·羅公司設計出斯貝的嗎?怎么能吹他是斯貝之父呢。另外講引進斯貝時,他參加引進工作,是胡編的。說他參加了1979年斯貝發動機故障談判,那更是胡扯。

對于陳先生的話,我深信不疑,因為他是那個年代的親歷者。

吳仲華的偉大貢獻在于三元流理論的創立。

吳仲華的三元流理論全稱是“基于兩類相對流面的葉輪機械三元流動理論”,集中反映在他先后發表的論文NACA Report-955和NACA TN-2604,以及于1952年發表在ASME上的《A general theory three-dimensional flow in subsonic and supersonic turbomachines of axial,radial and mixed-flow types》(亞聲速/超聲速葉輪機械軸向、徑向與混合流動的三元流通用理論)論文里。

(吳仲華于1943年至1947年在美國麻省理工學院學習,獲科學博士學位后,入職NASA的前身NACA,在所選的“葉輪機械氣體動力學”課題研究中取得輝煌成就。1954年與同為MIT航空系博士的夫人李敏華一起毅然回國。我向吳仲華伉儷表示崇高敬意。)

徐建中院士在2017年第19期《推進技術》雜志上發表了一篇《吳仲華先生與葉輪機械三元流動理論》的文章,這篇文章是為紀念吳仲華先生百年誕辰(吳先生生于1917年7月27日)而寫的,徐院士熱情寫道:“作為一名杰出的科學家,他奠基的葉輪機械兩類相對流面三元流動理論為航空發動機的發展做出了巨大貢獻,而他提出的總能系統理論,尤其是‘溫度對口,梯級利用’的原理在能源的高效清潔利用中也發揮了巨大作用”。

現代飛機與發動機工程均是科學與技術結合的產物。

任先生說,“現在飛機發動機設計叫實驗科學,不叫理論科學,而飛機一定是理論科學”。這種認識,有失偏頗。飛機與發動機都很難,都需要科學理論,也需要工程技術的保障,在對復雜內外流場和熱力學的模型與機理尚未精準確立時,發動機需要更多的試驗,以致航空界有個說法“發動機是設計出來的,更是試驗出來的”,但這絲毫不說明發動機的理論要求比飛機低,而恰好說明我們未知的東西還太多。

現代飛機的理論科學已經歷很長時間的積淀與發展,包括任先生推崇的茹科夫斯基的偉大貢獻,現在“飛機”的發展更多地呈現為在科學理論指導下,工程技術的集成應用。至于未來的創新,當然需要新理論、新方法的突破,譬如仿生學、超材料、智能與自主控制、新能源與新動力樣式等,但這是與當今的工程發展并發的另一項偉大使命。

航空發動機的創新發展需要廣闊的思路。

任先生還說“我們為什么不借著吳仲華的研究,一步步深入,為什么在噴氣發動機上不能進行理論突破呢?”事實是,噴氣發動機的原理并不復雜,其原理性突破已幾無空間,我們的正確道路是,一方面沿著傳統理論指引的道路奮起直追,解決部分品種的有無問題,提升各類實用動力的性能,以充分滿足需求;另一方面,沿著“非噴氣發動機”的方向另辟蹊徑,在新的領域占得高地、占得先機。

隱身技術的研究與應用是系統問題。

關于隱形(身)發展,也需要加深認識。隱身有多種,包括可見光隱身、雷達隱身、紅外隱身、聲隱身等及其部分綜合或全綜合隱身,這些原理很直白,只要消減自身的這些目標特征,就能達到不同頻段、不同程度的隱身,難得是工程實現,包括計算工具。

1964年,莫斯科無線電學院彼得?烏爾菲姆瑟夫發表題為《邊緣無線電波繞射理論》的論文,部分回答了對任意物體外形雷達反射截面積的計算方法問題,洛克希德公司臭鼬分部在研制F-117隱身飛機時有可能從中獲益。但任先生說“F-22隱形飛機的隱形原理也是五十年代俄羅斯數學家發明的”,則缺乏根據。

任先生還特意強調“俄羅斯數學家說鉆石切面是有隱身功能”,如果還是指的F-117使用的奇特的外形——如“鉆石”樣的多棱折面體,以使回波不向敵方雷達接收天線的方向反射,而達到雷達隱身的效果,那與上面所說的烏爾菲姆瑟夫1964年發表的論文是一回事,而更具決定性的是美國人自己完成了設計,并在工程上實現了隱身功能。而B-2和F-22采用的都是綜合隱身措施,且已經能夠進行連續曲面計算,達到了好的隱身效果。而俄羅斯的技術思路不一樣,由于各種原因,他們對隱身的追求不像美國那樣強烈,僅此而已。

在本文結束時,我想再次表達兩層含義。第一,對于科學問題,必須秉持科學態度,應該允許進行自由的討論。我不得不寫此文的緣由在于,適當緩沖一下人們對任先生這些話的傳播速度,留下一點思考的時間和空間。第二,任先生的通篇訪談高屋建瓴,思想深邃,雖在談及航空時出現上述瑕疵,但瑕不掩瑜,磨滅不了思想的光輝。當然我會想,如果先生不去舉自己不熟悉的“航空”為例,訪談里沒有“航空”的這一段,也許效果會更好。

上述意見,與任正非先生商榷,希望先生不吝賜教。也希望讀到此文的朋友能理解我的用心,并予明察。

2019年5月25日寫于家中


訂閱號:聚恩君
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一個愛科學愛家人愛朋友的“老民工”講人生感悟,說航空故事。


微博@核武老人魏世杰

挑燈看鍵2010:任正非表述的是理論和發明的關系,他把理論的發現者表述為產品的發明者了。 他也講述了5g基礎理論后華為開發5g產品的故事。這和貝斯發動機和隱形飛機的理論是一個道理。 事實上他深刻理解其中的道理,只是沒有恰當表述而已。你不能要求一個70多歲的老人在兩個多小時的采訪中像CCTV的播音員一樣精確。

吳仲華-任正非

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