馮 卡門與清華大學早期的航空工程學科

 

朱克勤

（清華大學 航天航空學院 北京 100084）

 

摘要：今年是力學大師馮 卡門 (1881-1963) 逝世五十周年，本文結(jié)合他于二十世紀上半葉對清華大學的兩次訪問，回顧馮 卡門對我國早期航空學科創(chuàng)建和人才培養(yǎng)的支持和貢獻。

關(guān)鍵詞：馮 卡門；華敦德；錢學森

清華大學始建于1911年，初名“清華學堂”，1912年更名為“清華學?！?，1925年設(shè)立大學部。1928年正式更名“國立清華大學”后，羅家倫為首任清華大學校長。為了開展國際學術(shù)交流，當時清華大學曾邀請?zhí)└隊?Rabindmnath Tagore)、維納(N．Wiener)、哈達瑪(J．Hadard)、郎之萬(Paul Langevin)、馮 卡門(Theodore von K rm n)等學術(shù)大師來校講學。他們的來訪對于清華的學科建設(shè)和人才培養(yǎng)起到了積極推動作用，并一直被傳為佳話。 比如，1935年美國著名數(shù)學家、控制論的創(chuàng)始人維納訪問清華大學，他大力推薦并促成華羅庚赴英國劍橋大學為期兩年的進修訪問，從而與熊慶來教授一起為只有初中文憑的華羅庚最終成為世界著名數(shù)學家創(chuàng)造了條件。
1929年，受清華大學理學院院長葉企孫教授的邀請，馮 卡門首次訪問清華大學。當時中國的近鄰日本已經(jīng)開始發(fā)展航空工業(yè)，他們在河西機械公司建造的第一臺風洞于1928年竣工，并成立了一家飛機制造公司。在隨后的第二次世界大戰(zhàn)中，河西公司成為日本水上飛機和戰(zhàn)斗機的主要生產(chǎn)部門。馮 卡門在清華大學訪問的過程中，向校方闡述了發(fā)展航空工業(yè)和航空學科的重要性，建議在清華大學盡快創(chuàng)辦航空工程專業(yè)和設(shè)立航空講座，培養(yǎng)這方面的人才，以便與鄰國日本保持軍事上的平衡。由于歷史條件和種種原因，他的建議沒有得到時任校長羅家倫的重視。
1931年九一八事變后，梅貽琦出任清華大學校長。當時侵華日軍憑空中優(yōu)勢狂轟濫炸，給中國軍民造成極大傷亡。1932年一二八事變，倭寇的飛機更是馳騁于上?？罩?，如入無人之境，閘北猶在無空防的情形下，變成了瓦礫之場，引起全國震驚。從輿論界到學術(shù)界，從社會到政府，“航空救國”成為當時震撼全國的呼聲。同年，清華大學組建工學院，梅貽琦親自兼任工學院院長。在機械工程系內(nèi)設(shè) “動力工程” 和 “航空工程” 兩個專業(yè)組，成為中國大學創(chuàng)辦航空學科的發(fā)源地。1933年顧毓繡及莊前鼎等教授在清華開始籌建航空館與飛機庫房、自制實驗風洞、購買實習飛機。[1]
為解決清華初建航空學科階段人才缺乏的問題，1934年清華校長梅貽琦曾函聘馮 卡門教授來清華任教，協(xié)助籌備設(shè)計空氣動力學實驗設(shè)備。此時馮 卡門已赴美國在加州理工學院任古根海姆航空實驗室主任，無法來清華應(yīng)聘。1935年8月17日他致函梅貽琦校長，推薦他的得力助手華敦德(Frank L. Wattendorf？ 有譯為瓦登道夫)博士來清華任教。他在信中指出：華敦德博士畢業(yè)于麻省理工學院航空系。1926下半年在哥廷根與普朗特一起研究湍流，1927年到亞琛工學院研究空氣動力學。1933年獲加州理工學院博士學位，目前在加州理工學院古根海姆航空實驗室工作。華敦德博士絕對是風洞與飛行實驗方面的第一流的研究人員，也是一名優(yōu)秀教師。他具有調(diào)整自己適應(yīng)任何外國環(huán)境的出色能力。他相信華敦德博士一定能在清華做好工作[2,3]。
馮 卡門在德國亞琛工學院空氣動力學研究所擔任所長時，華敦德是他研究室中第一個來自美國的研究生，后來成為他最親密的同事和得力助手。對此，馮 卡門在他的自傳中寫道：“1927年，華敦德和他的母親一起來到亞琛。從那時候起，我一直把他當成我的家庭成員。我們合作研究了許多課題，他始終是我最親密的同事?，F(xiàn)在他是北約航空顧問團主席。[3]” 對于馮 卡門推薦華敦德來清華工作一事，梅貽琦校長于1935年9月26日、11月23日兩次復(fù)函感謝馮 卡門的支持和推薦，表明清華發(fā)展航空工程學科并迫切需要人才的心情，并歡迎華敦德博士來清華任教。[2]
經(jīng)馮 卡門的大力推薦，華敦德博士于1936年2月12日抵達清華大學，任空氣動力學教授。到達當天就開始工作，他仔細觀察了清華建成的5英尺風洞，當即表示十分滿意。2月20日，華敦德致函馮 卡門，對于在清華一周來的工作環(huán)境表示滿意，信中指出“沒想到，中國能建造如此精確的風洞，已經(jīng)達到國際水平?！?華敦德博士此封寫自北平國立清華大學的信件如今仍展示在加州理工學院馮 卡門紀念室的顯著位置，已經(jīng)成為力學大師馮 卡門當年大力支持清華大學發(fā)展航空工程學科的最好見證。

圖1？ 清華大學航空研究所，前排左三起顧毓琇、莊前鼎、華敦德(1936)

 

在抗日戰(zhàn)爭的大背景下，1936年國立清華大學航空研究所正式成立(見圖1)，工學院院長顧毓琇教授任所長，機械系主任莊前鼎教授任副所長，華敦德博士任空氣動力學教授。在積極開展航空工程教學和研究的同時，為了進行準確模型的空氣動力學試驗，華敦德博士建議由清華大學在南昌建造一座遠東最大的大型風洞，試驗段口徑為15英尺。經(jīng)過反復(fù)論證，最終政府同意了他的建議和方案。1936年6月，華敦德、馮桂連、殷文友3位教授擔任主設(shè)計，用了不到一個月的時間，便完成了此大型風洞的初步設(shè)計，其中風洞的空氣動力學設(shè)計由華敦德博士完成。
1937年，馮 卡門第二次訪問清華大學，當時正值七七事變的前夕。馮 卡門從莫斯科橫穿西伯利亞乘火車進入中國，華敦德博士到山海關(guān)車站迎接，并全程陪同他的中國之行。7月6日，在北平飯店，馮 卡門與有關(guān)政府官員和清華大學領(lǐng)導(dǎo)開了一個秘密會議，這時他才發(fā)現(xiàn)此次訪華不但是學術(shù)交流，而與中國空軍的發(fā)展戰(zhàn)略有關(guān)。會后馮 卡門到清華參觀，并受聘為清華大學名譽教授。在南京與中國空軍司令周至柔將軍會面后， 7月9日，馮 卡門赴南昌參觀空軍基地和清華大學15英尺風洞的建設(shè)，當時該風洞主體的施工基本完成，已進入裝配和調(diào)整階段。關(guān)于南昌風洞，多年后馮 卡門在回憶錄中寫道：“1937年夏末我到達南昌時，風洞已快竣工。主體混凝土外殼已經(jīng)澆注好，發(fā)動機和螺旋槳也已經(jīng)定了貨，平衡設(shè)備正在制造。這座風洞比加州理工學院的那一臺要大50%，是當時世界上最大的風洞之一?！?7月14日，馮 卡門由華敦德、梅貽琦、顧毓琇等陪同前往廬山面見蔣介石，馮 卡門就如何發(fā)展中國航空工業(yè)和航空學科，提出了看法和建議。 對于馮 卡門的這次中國之行，在他的回憶錄中以“中國航空發(fā)展初期”為題，用整整一章的篇幅進行詳細的描述[3]。
華敦德博士對清華的貢獻不只限于航空學科的建設(shè)。1937年清華淪陷，他受葉企孫、吳有訓教授密托，不畏艱險，利用美國公民的身份，避開日本軍隊的盤查，將一大筆?？罴拌D等貴重物品，從北京帶到南京，親手轉(zhuǎn)交給了梅貽琦校長。不幸的是，1937年底，華敦德博士由于突發(fā)半身不遂，不得不提前結(jié)束在清華大學聘期。1938年，在身體康復(fù)的過程中，華敦德博士曾代表清華大學出席第14屆國際應(yīng)用力學大會，提交關(guān)于風洞設(shè)計理論的論文，被譽為“運用分析方法設(shè)計風洞之鼻祖”。 1939年華敦德博士主持設(shè)計了美國萊特空軍基地當時世界上功率最大的4萬馬力風洞。該風洞后來成為美國空軍研制B-36轟炸機和高速航空問題的關(guān)鍵設(shè)備，在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用。1944年，經(jīng)馮 卡門提名，華敦德與錢學森一起，人選美國空軍科學顧問團。 1947年，華敦德任美國遠東科學顧問團主席時，曾到昆明與梅貽琦會面，建議中國到日本搜運航空技術(shù)及其他科學儀器與圖書。馮 卡門1963年去世， 1964年華敦德撰文紀念他的導(dǎo)師和摯友[4]。1968年，華敦德獲美國空軍特別貢獻勛章；1986年去世，享年80歲。
馮 卡門在清華大學早期創(chuàng)建航空工程學科的過程中，他的貢獻除舉薦他最得力的助手華敦德博士來清華工作之外，另一個功績當屬精心培養(yǎng)赴美留學的中國青年學子，其中最著名的當屬錢學森。清華大學1934年起在留美公費出國留學生中設(shè)立航空工程名額，當年畢業(yè)于上海交通大學的錢學森以優(yōu)異的成績被錄取。1935年，錢學森赴美國麻省理工學院攻讀航空工程專業(yè)，1936年獲得碩士學位后，轉(zhuǎn)到加州理工學院，在馮卡門的指導(dǎo)下攻讀博士學位。馮 卡門對于中國非常友好，新中國成立后，中美關(guān)系處于低潮，馮 卡門在自傳中曾寫道：“我堅信，中國已經(jīng)擺脫了許多技術(shù)發(fā)展的束縛，一旦解決了面前的內(nèi)政和外交問題，它的巨大科學潛力將會充分發(fā)揮出來”。對于錢學森更是贊許有加，在他的長篇自傳中，曾以“中國的錢學森博士”為題，以整整一章的篇幅詳細回顧了他與錢學森的友誼、錢學森的出色工作、以及在錢學森回國前受到美國政府不公正待遇的不平。

圖2？ 中國學生在馮 卡門家中做客，左右下蹲者分別為錢學森和談家楨

馮 卡門在文章的開頭寫道[3]：“我的朋友錢學森是1945年我向美國空軍科學顧問組推薦的專家之一。錢是加州理工學院火箭小組的元老，二次世界大戰(zhàn)期間為美國的火箭研究作出過重大貢獻。他36歲已經(jīng)是一位公認的天才，他的研究大大地推動了高速空氣動力學和噴氣推進技術(shù)的發(fā)展”。周末，馮 卡門的家也常常是當時中國留學生的聚集地(見圖2)，對此他在自傳中寫道：“錢喜歡到我家作客。由于他饒有風趣的見解和誠摯直率的態(tài)度，我妹妹總是很歡迎他的到來。他經(jīng)常會提出種種新奇的設(shè)想”。
這里補充一件馮 卡門自傳中沒有提到的關(guān)于錢學森留學美國的細節(jié)。按照清華公費留美生的章程，錢學森應(yīng)該于1938年回國?？紤]到當時錢學森的研究正處于進一步突破的關(guān)鍵時刻，馮 卡門1938年6月8日致函清華梅貽琦校長，在詳細介紹了錢學森的研究進展和成果之后，希望清華能繼續(xù)支持錢學森在加州理工的學習和研究。他在信中堅信，獎學金的延長可使得錢學森在今后的一兩年內(nèi)成為可壓縮流、高速和彈道問題方面的專家，這對于中國的將來是非常重要的。此信現(xiàn)仍完好地存放在清華的檔案館中[5]。由于馮 卡門的建議，清華大學同意延長錢學森在美學習的年限和獎學金。事實證明，馮 卡門當時的信函及其判斷不但完全正確，對于中國的將來也的確及其重要。
馮 卡門的指導(dǎo)和加州理工的經(jīng)歷，對于錢學森在高速空氣動力學和火箭技術(shù)方面作出一系列極其優(yōu)秀的研究成果創(chuàng)造了條件。錢學森1955年回國后，為中國的科學技術(shù)事業(yè)做出了巨大貢獻。中國國務(wù)院、中央軍委授予“國家杰出貢獻科學家”榮譽稱號，獲中共中央、國務(wù)院、中央軍委頒發(fā)的“兩彈一星”功勛獎?wù)隆?
在紀念馮 卡門逝世五十周年之際，回顧他于二十世紀上半葉對清華大學的兩次訪問和書信，深深感到這位力學大師對我國早期航空學科創(chuàng)建和人才培養(yǎng)的關(guān)心和貢獻。無論是推薦自己最得力的助手華國際著名航空工程專家敦德博士來到清華任教，還是在培養(yǎng)以錢學森為代表的中國公費留學生方面，他實實在在的支持，對于上世紀三十年代前后處于起步階段的中國航空工程學科的發(fā)展起到了重要的作用。在如今改革開放的今天，國際交流日益頻繁，思考馮 卡門對我國早期航空學科發(fā)展和人才培養(yǎng)支持的非常有效的模式，可以給我們以有益的一點啟示。



參考文獻
[1] 莊前鼎，國立清華大學航空研究所工作報告（1937年至1945年），清華大學檔案館。
[2] 金富軍，華敦德與清華大學航空研究，《中國科技史雜志》2006年, 第27卷第3期: 229—236

[3] 馮 卡門－航空與航天時代的科學奇才，馮 卡門，李 愛特生著，曹開成譯，上?？茖W技術(shù)出版社，上海 1991

[4] F. L. Wattendorf & F. J. Malina, “Theodore von K rm n, 1881-1963,” Astronautica Acta 10 (1964), 81.

[5] 魏宏森，錢學森與清華大學之情緣，清華大學學報(自然科學版) 2008 年，第48 卷第11期