航空預研的開路先鋒—— 記中國科學院院士、航空氣動專家 李天

文/ 曉鐘

國際風云起伏變幻，南海形勢風起云涌。在美國先進的F-22飛機和“尼米茲”級核動力航空母艦在全球耀武揚威炫耀軍事實力的時候，國人肯定期待有自己的“撒手锏”能捍衛(wèi)國家的疆域。為了使安定生活的人民，在強盜來犯時揚眉吐氣，我們的軍事裝備科研人員從未放棄自己的努力。李天就是這樣一位航空預研課題的領軍人物和開拓者。他致力于我國航空飛機空氣動力學、隱身技術以及氣動/隱身交叉學科領域的預先研究和工程應用，為我國新一代先進戰(zhàn)斗機發(fā)展作出了突出貢獻。他還在推力矢量、艦載機特殊技術、飛推控制和高生存力等航空領域的尖端技術方面做出了卓有成效的研究，解決了許多技術難題，為我國航空武器裝備的強大和發(fā)展奉獻著聰明才智。這樣一位不平凡的人，當年竟然和飛機設計大師顧誦芬一道工作，他把自己的成長和進步歸咎于顧總的深深教誨和巨大影響，從他的足跡中，我們能感受到他獻身航空的情懷。

李天高中畢業(yè)照。

從喜愛數(shù)學到喜愛航空

1938年10月2日，李天出生于吉林省吉林市一個普通的教師家庭。爺爺少年時在遼寧錦西讀過私塾，青年時期到吉林市創(chuàng)業(yè)經(jīng)商，開辦自己的雜貨鋪，解放后停業(yè)在家。他的父親畢業(yè)于偽滿國高，在吉林市任中學語文老師，解放后從中學調(diào)到長春師范?？茖W校任教。母親身體多病，早年去世，留下五個子女，李天是唯一男孩。母親去世后父親再婚，其繼母又生有二女一子。由于家庭孩子多，其繼母還要供養(yǎng)自己父母，全家靠父親一人工資養(yǎng)活，生活比較艱苦。李天從小受到寵愛，是在爺爺奶奶照顧下長大的。但家庭經(jīng)濟的拮據(jù)生活也培養(yǎng)了他的節(jié)儉和自立能力，使他從小對生活沒有更高的要求，善于理解和體諒別人的不易，知道靠勤奮和刻苦爭取人生的目標。

李天的小學是在吉林市德二完小讀的，其前身是毓文中學。毓文中學文化蘊藉厚重，歷史悠久，解放前馬駿、楚圖南、尚鉞、郭沫若等革命家和學者曾在此執(zhí)過教，金日成1927年至1930年在此讀書并從事革命活動。教書的父親是李天的天然老師，他經(jīng)常將一些書借回家讓李天看，不懂的地方就給李天講解。從四年級開始，他每學期考試都排在前一二名，小學畢業(yè)時，他以第一名的成績被學校保送到吉林省重點學校實驗中學初中部。兒時養(yǎng)成的讀書習慣，使他在初中更加熱愛讀書。他除了讀書外，還培養(yǎng)了課外體育活動的興趣，練習跳高和短跑；對足球和乒乓球的重要比賽實況轉播，幾乎每場不落。

1954年他以全校第二名的優(yōu)異成績考取了吉林實驗中學高中部。1955年吉林實驗中學隨省政府從吉林市遷到長春市，李天隨校到長春上學。高中階段是青年人富于幻想的時期，這時國家組織科學家制定十二年科學技術發(fā)展遠景規(guī)劃，黨號召“向科學進軍”，李天從報紙和雜志上看到錢學森、華羅庚、錢偉長、錢三強等著名科學家的事跡和貢獻，受到很大鼓舞，更加發(fā)奮學習。當年他讀了一本《星際來客》的科幻小說，神秘外星人造訪地球以及火星是否存在人類的爭論，激起他看了大量航空航天的書，他開始關注各國飛機的研制與發(fā)展，并把興趣轉向流體力學和空氣動力學方面。高中時期他的學習成績一直名列前茅，每年都獲得“最優(yōu)等生”稱號。

1957年是李天的高考年。這一年教育部高考招生大大縮減，原留蘇預備生當年不送蘇聯(lián)而改為保送上國內(nèi)北大、清華，嚴峻的形勢成了一直想報考清華的李天的極大挑戰(zhàn)。但是當他看到學校招生專業(yè)介紹清華大學有工程物理系時，在報名志愿表上還是毫不猶豫地填寫了清華大學的這個專業(yè)。當時清華大學在吉林省只招20個名額，由于高考成績優(yōu)異，他如愿以償考上了自己理想的專業(yè)。

工程物理系分三個系，李天被分到工程力學數(shù)學系中的流體力學專業(yè)。這恰好與他興趣熱絡的航空事業(yè)相吻合。主課都是在階梯大教室上，入學時他的眼鏡已達400度，為了能在前幾排找到座位，早飯他常常買個饅頭加點咸菜邊走邊吃去占座位。吃過晚飯，他又背上書包往圖書館跑，晚自習他都在那里度過，去晚一點就沒座位了。周日和節(jié)假日也都是泡在圖書館。他的第一門外語是俄語，大四以后開了第二門外語——英語。畢業(yè)他寫的《用漸進法優(yōu)化壓氣葉柵翼型》的論文具有一定的創(chuàng)新性和工程應用價值，經(jīng)答辯獲得了優(yōu)秀成績。

啟航之路不平坦

畢業(yè)后，他被分到沈陽解放軍總字922部隊（即國防部六院一所，后來的601所，沈陽飛機設計研究所），投筆從戎，邁上了航空科研事業(yè)之路。不久他的工作定在了氣動研究室導數(shù)組。

1963年下半年，一所正處在“摸透米格-21”的階段，導數(shù)組的任務是建立一套實用的工程計算方法，通過模型風洞試驗結果對比來驗證仿制殲7設計的正確性。當時飛機的靜導數(shù)方法已經(jīng)建立，但動導數(shù)，即與飛機的俯仰、滾轉、偏航角速度變化相關的力和力矩導數(shù)還未建立。這個任務就交給了李天。當時顧誦芬是室里唯一的少校工程師，負責指導操穩(wěn)組、導數(shù)組、載荷和性能組等專業(yè)的工作。他給了李天十幾篇美國NACA有關這方面的報告、文獻，讓他參考找出其中好的計算方法。這些參考資料不像今天有現(xiàn)成的電子書庫，電腦中一調(diào)就可打印出來，也不能在圖書館中查閱，多是在照相機拍的黑白膠卷制成的縮微卡中，需要在特制的顯微閱讀儀上閱讀，全所只有三臺這樣的儀器，集中放在一間暗室供大家使用。為了趕任務，李天每天一上班就到黑暗的閱讀儀房間閱讀英文資料，一坐就是上下午8個小時，晚上到辦公室整理歸納一天的收獲。他查閱了近百篇有關資料、文獻和計算報告，經(jīng)過一個多月的綜合分析、公式推演、算例驗證，終于建立起一套飛機氣動力動導數(shù)及大馬赫數(shù)下靜方向安定特性的計算方法，為新戰(zhàn)斗機的氣動布局設計提供了必要的手段。

李天與顧誦芬及有關科研人員在機庫留影。

1964年，按照總政的規(guī)定，他們這些剛到崗的部隊大學生又被下放到基層鍛煉。李天到大連沙河等機場作機務兵，從事飛機維護和保養(yǎng)，同年10月，又按上級通知參加了農(nóng)村“四清“運動。他所在的工作隊住在老鄉(xiāng)家，與農(nóng)民同吃同住同勞動，晚上要訪問貧下中農(nóng)或參加開會，直至一年后的1965年4月，他才回所繼續(xù)參加型號研制。

但很快“文化大革命”開始，單位先是掀起“破四舊”、揪“走資派”的造反浪潮。1970年，一所的幾十人被作為“五七大軍”下放到遼寧綏中插隊落戶，李天也被列為其中。他被下放到加牌巖公社東稍樹大隊東道子小隊的山溝里勞動，其愛人王景翰也從黑龍江商學院調(diào)出隨他一道下放，當時他們的兒子剛滿一歲。艱苦的山溝插隊生活沒有磨礪掉李天對專業(yè)知識的追求，他一方面被當?shù)亟逃职才旁谥袑W教數(shù)學、物理，一方面期盼著春天的到來。1972年下半年，所里部分下放的同志開始陸續(xù)回所工作了，卻一直沒有李天的調(diào)令。李天琢磨可能是所里對他愛人的工作安排遇到了問題，于是他給時任611所副所長的謝光去信，希望他和愛人一起去611所工作。不久就收到回信，歡迎他來成都工作，家屬工作也可安排。果然，一所為王景翰的工作安排正在聯(lián)系中，1973年2月，所里決定調(diào)李天和王景翰同時回所工作。李天被列入新的科研起跑線上。

新機氣動布局的開拓者

三年的插隊生活，是對李天信念的一次嚴峻考驗，艱苦的農(nóng)村生活沒有動搖他報國航空的高遠志向，回到所里，他很快投入到殲8的設計定型工作中去了。

李天在檢查指導科研課題進度。

殲8定型有幾個關鍵問題沒解決而影響定型，其中之一就是放減速板振動大的問題。為解決此問題，所里成立攻關組，任命李天為組長。李天通過低速風洞流態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，振源來自減速板后的氣流分離及從減速板兩側形成類似卡門渦街的漩渦，當這種漩渦從平尾附近流過時，容易引起平尾的結構性響應而使飛機產(chǎn)生強烈振動。他提出采用在減速板上開孔的辦法消除振動。然而孔的形狀、大小、位置成了設計的關鍵。為獲得定量結果，李天領導攻關組在國內(nèi)首次開展了在高速風洞中對減速板開孔進行系統(tǒng)減速增阻的研究。李天設計了多種開孔方案，通過試驗得到了既滿足增阻又不產(chǎn)生強烈振動的減速板開孔方案。拿出6種方案進行裝機上天試飛驗證，最終通過試飛員的感覺選出了一款高效率的減速板方案，很好地解決了殲8定型中的這個攔路虎。這項成果獲航空工業(yè)部科技進步二等獎，李天排名第一。

殲8飛機定型后，總設計師顧誦芬提出為裝大口徑雷達，將殲8機頭進氣改為兩側進氣，形成了殲8Ⅱ方案。李天與顧誦芬商量，因殲8垂尾面積已很大了，不能再加大面積，最好將原兩片側向小腹鰭改為單片大腹鰭，但為防止著陸檫地，必須做成收放式的。經(jīng)過計算分析和多種方案選擇，又通過高速風洞試驗選型，李天最后選出了一種腹鰭方案。經(jīng)顧誦芬批準列入飛機設計，在試飛中表明了此方案的正確性，保證了殲8Ⅱ順利定型。

殲8Ⅱ裝備部隊后，空軍看好這種飛機，不僅將5個掛架改為7個掛架，而且希望能掛各種空地武器。這樣就增加了飛機重量，外掛物的尾流還嚴重影響平尾效率，增大飛機起降速度。為了使空軍的要求得到系統(tǒng)滿足，時任總師辦氣動副總師的李天，提出破除俄羅斯中央流體動力研究院的對小展弦比三角翼飛機的后緣襟翼的偏度不能超過24.5度的框框。他查閱資料，研究襟翼偏度與最有利縫隙大小的密切關系。通過低速風洞選型試驗，證明小展弦比三角翼飛機的襟翼偏度通過控制襟翼縫隙大小可以增大到30度，并選出了在此偏度可獲得最大升力的最佳襟翼縫隙的尺寸。該方案可使著陸升力系數(shù)增加20%左右。顧誦芬批準了這一改進方案，經(jīng)試飛這種襟翼可使飛機起降速度降低10%。

空軍決定在殲8Ⅱ上掛裝新型中程攔射導彈。為了保證飛機飛行中安全發(fā)射，顧誦芬決定去法國宇航院莫當1.75米跨超聲速風洞做捕獲軌跡試驗，這項試驗所里決定由李天帶隊。經(jīng)過赴法10天試驗圓滿完成任務回國。為了能用理論計算方法模擬飛機與導彈的相對運動，李天在先進氣動布局課題里還設立了這個題目，經(jīng)過四年多努力，開發(fā)出了能計算飛機發(fā)射導彈時導彈相對飛機的運動軌跡軟件，此軟件獲得了航空工業(yè)部科技進步二等獎。

除了殲8、殲8Ⅱ之外，李天還參與了殲8Ш和殲8出口型等殲8系列飛機的研制，期間還進行過殲9、殲13、輕型轟炸機和垂直起落飛機、艦載技術的設計工作。

1974年根據(jù)顧誦芬的提議，李天所在的氣動室組成課題組，開展飛機邊條翼布局方案研究，李天是課題組成員之一。

三位從601所走出來的院士李天、顧誦芬、李明。

1993年初，上級決定引進蘇-27飛機生產(chǎn)線。經(jīng)過談判，只賣給中國生產(chǎn)圖樣，設計資料一概不賣。為了掌握蘇-27的氣動設計思想和氣動特性，李天作為氣動副總師，組織和領導氣動室設計人員進行摸透工作。蘇-27是邊條翼融合體布局，由于我們在預研課題中已有這方面的技術儲備，加之通過風洞試驗摸透了該飛機做快速俯仰“眼鏡蛇機動”的重要機理，一個個氣動難關被隨之攻克，從引進蘇-27飛機組裝到殲11研發(fā)成功，李天為空軍現(xiàn)代化發(fā)展做出了貢獻。

李天還是以航空母艦為起降場地的艦載飛機技術預研的發(fā)起人。601所承擔了五項艦載飛機特殊技術研究為型號飛機設計作技術儲備，經(jīng)過30多年的積累和幾個五年規(guī)劃的預研，基本掌握了設計艦載飛機的特殊技術，同時培養(yǎng)了一批年輕的技術帶頭人。

航空預研領軍人

我國軍用飛機發(fā)展到20世紀80年代中期，已具有一定實力，殲7、殲8已大量裝備部隊，殲8Ⅱ也研制成功，相當于國外第三代戰(zhàn)機的殲10啟動研制。先進氣動布局的預研，在“六五”期間已完成對前掠翼、邊條翼及近耦合前翼的系統(tǒng)研究，部分成果已用于新殲設計之中。在此基礎上，航空工業(yè)部經(jīng)專家論證提出“七五”期間先進氣動布局的研究，要以國外正在發(fā)展的第四代先進戰(zhàn)斗機為目標，率先開展超聲速巡航、高機動、短距起落先進氣動布局的研究，縮小與國外航空技術發(fā)展的差距，為新一代飛機的設計提供技術儲備。

601所經(jīng)國防科工委批準，以李天作為課題負責人，開展了《超聲速巡航戰(zhàn)斗機布局》為題的先進氣動布局預先研究工作。20多年來，課題組針對當時和未來飛機型號研制的技術難點，根據(jù)不同時期提出相應的必須攻克的技術難關，并針對當時型號研制和課題發(fā)展要求開發(fā)了一批特種試驗設備和計算軟件。為新一代飛機氣動布局設計打下了基礎，同時為現(xiàn)役戰(zhàn)斗機的改進提供了實用的設計方法。

上世紀80年代，隱身技術應用到陸海空天各種武器裝備上，國防科工委1985年底將隱身技術列為高技術預研課題。1986年7月，航空工業(yè)部把隱身技術預先研究作為總承包下達給601所，按合同制的管理辦法組織部內(nèi)三大院校及專業(yè)研究所完成預研任務。所里決定由副總師李天為隱身技術研究總承包負責人。

作為國家安排的重點預研課題，為了管理好、落實好預研任務，李天從任務分擔、協(xié)調(diào)、進展、質量、資料收集、經(jīng)費管理以及關鍵內(nèi)容的研究和重點課題大型試驗驗證等做了大量工作。通過近10年的飛機隱身技術預研，雷達隱身的機理、理論分析方法、隱身材料技術研究已取得了一批成果。隨著美國F-117A飛機在兩次海灣戰(zhàn)爭中的優(yōu)異表現(xiàn)，新一代戰(zhàn)機預研被列為“九五”隱身預研的主要方向。李天把新機研制的目標確定為“發(fā)展綜合與平衡的隱身，即盡最大努力追求高隱身水平的同時，兼顧飛機的氣動性能”。確定了“自外而內(nèi)、由強到弱、材料工藝結合”的隱身預研攻關路線。“十五”期間，他領導課題組以新一代飛機的隱身設計為重點，開展外形（含進氣道）及計算方法研究。他提出并領導了氣動/隱身一體化設計研究，建立了我國第一個氣動隱身優(yōu)化程序，并用于新機設計中。他和課題組一起設計的新機隱身性能經(jīng)試驗測試達到世界先進水平。2005年11月，在總裝備部組織的專家組對601所、611所和北航等十幾個單位隱身預研成果的驗收評比中，李天領導的課題組獲總分第一名。以新一代飛機隱身方案設計為核心，利用“九五”、“十五”兩個五年規(guī)劃，李天領導隱身課題組先后完成十幾個布局的隱身設計方案，組織完成了十二大關鍵技術方向的隱身研究，建立了比較完整的隱身飛機設計知識體系和設計流程，形成了一大批具有工程使用價值的研究成果，并將這些成果編寫成《飛機隱身設計指南》，為新一代隱身戰(zhàn)斗機設計和三代機隱身改進準備了條件。

從“七五”開始，李天就主持領導了航空預研課題的研究工作，通過先進隱身飛機氣動布局研究，開拓性地解決了氣動與隱身在布局設計中的技術難點，在飛機氣動設計專業(yè)領域，他創(chuàng)造性地解決了飛機設計研制過程中的多項空氣動力學重大技術問題，在推力矢量、艦載機特殊技術、飛推控制和高生存力等方面也做出了卓有成效的研究，解決了很多技術難題。目前，他還在為我國航空領域2030規(guī)劃和“十二五”重點預研項目論證承擔著重任，還與顧誦芬院士等提出發(fā)展我國變體飛行器及空天技術的建議，因此，他是航空技術的預研先鋒，是航空前沿學科研究的倡導者和實踐者。

2005年10月，李天當選為中國科學院院士。這時的他已是年近70的人了，按理說，奮斗了一生，功成名就，年輕時的理想實現(xiàn)了，可以享受一下工作以外的生活了。但是，幾十年來，除了主管某些型號工作，絕大部分的時間和精力都在搞預研課題等基礎理論研究工作的李天，對空氣動力、隱身技術和飛機總體綜合設計寬泛知識積累的造詣、對國際上相關先進技術研究進展的敏感、對側重總體統(tǒng)籌和工程可實現(xiàn)性的頂層思維以及對新技術新領域勇往直前的攻關精神，使他難以停下前進的腳步。他把智慧鍛造成階梯，留給后來的攀登者。他目前是中國航空研究院和北京航空航天大學的博士導師，是西工大國防科技重點實驗室學術委員會主任，是清華大學航空工程學院和南京航空航天大學的兼職教授，曾培養(yǎng)了1名博士后，13名博士，23名碩士。他希望利用余年多為祖國培養(yǎng)一些預先研究型人才，把自己的知識和經(jīng)驗傳授給新一代航空人，為航空事業(yè)的明天準備棟梁之材。（本文改編自《情志藍天——記航空氣動力專家、中國科學院院士李天》，航空工業(yè)出版社，2011年4月出版。）