馮 卡門與清華大學(xué)早期的航空工程學(xué)科

 

朱克勤

（清華大學(xué) 航天航空學(xué)院 北京 100084）

 

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

關(guān)鍵詞：馮 卡門；華敦德；錢學(xué)森

清華大學(xué)始建于1911年，初名“清華學(xué)堂”，1912年更名為“清華學(xué)?！保?925年設(shè)立大學(xué)部。1928年正式更名“國立清華大學(xué)”后，羅家倫為首任清華大學(xué)校長。為了開展國際學(xué)術(shù)交流，當(dāng)時清華大學(xué)曾邀請?zhí)└隊?Rabindmnath Tagore)、維納(N．Wiener)、哈達(dá)瑪(J．Hadard)、郎之萬(Paul Langevin)、馮 卡門(Theodore von K rm n)等學(xué)術(shù)大師來校講學(xué)。他們的來訪對于清華的學(xué)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(xué)家、控制論的創(chuàng)始人維納訪問清華大學(xué)，他大力推薦并促成華羅庚赴英國劍橋大學(xué)為期兩年的進(jìn)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(xué)家創(chuàng)造了條件。
1929年，受清華大學(xué)理學(xué)院院長葉企孫教授的邀請，馮 卡門首次訪問清華大學(xué)。當(dāng)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(jī)械公司建造的第一臺風(fēng)洞于1928年竣工，并成立了一家飛機(jī)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(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)的主要生產(chǎn)部門。馮 卡門在清華大學(xué)訪問的過程中，向校方闡述了發(fā)展航空工業(yè)和航空學(xué)科的重要性，建議在清華大學(xué)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(xué)校長。當(dāng)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(jī)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(xué)術(shù)界，從社會到政府，“航空救國”成為當(dāng)時震撼全國的呼聲。同年，清華大學(xué)組建工學(xué)院，梅貽琦親自兼任工學(xué)院院長。在機(jī)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(xué)創(chuàng)辦航空學(xué)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(jī)庫房、自制實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞、購買實(shí)習(xí)飛機(jī)。[1]
為解決清華初建航空學(xué)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(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。此時馮 卡門已赴美國在加州理工學(xué)院任古根海姆航空實(shí)驗(yàn)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(xué)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(xué)院研究空氣動力學(xué)。1933年獲加州理工學(xué)院博士學(xué)位，目前在加州理工學(xué)院古根海姆航空實(shí)驗(yàn)室工作。華敦德博士絕對是風(fēng)洞與飛行實(shí)驗(yàn)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(xué)院空氣動力學(xué)研究所擔(dān)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(dāng)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(tuán)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(xué)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(dá)清華大學(xué)，任空氣動力學(xué)教授。到達(dá)當(dāng)天就開始工作，他仔細(xì)觀察了清華建成的5英尺風(fēng)洞，當(dāng)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(fēng)洞，已經(jīng)達(dá)到國際水平?！?華敦德博士此封寫自北平國立清華大學(xué)的信件如今仍展示在加州理工學(xué)院馮 卡門紀(jì)念室的顯著位置，已經(jīng)成為力學(xué)大師馮 卡門當(dāng)年大力支持清華大學(xué)發(fā)展航空工程學(xué)科的最好見證。

圖1？ 清華大學(xué)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(xué)航空研究所正式成立(見圖1)，工學(xué)院院長顧毓琇教授任所長，機(jī)械系主任莊前鼎教授任副所長，華敦德博士任空氣動力學(xué)教授。在積極開展航空工程教學(xué)和研究的同時，為了進(jìn)行準(zhǔn)確模型的空氣動力學(xué)試驗(yàn)，華敦德博士建議由清華大學(xué)在南昌建造一座遠(yuǎn)東最大的大型風(fēng)洞，試驗(yàn)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(dān)任主設(shè)計，用了不到一個月的時間，便完成了此大型風(fēng)洞的初步設(shè)計，其中風(fēng)洞的空氣動力學(xué)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(xué)，當(dāng)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(jìn)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(xué)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(xué)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(xué)名譽(yù)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(xué)15英尺風(fēng)洞的建設(shè)，當(dāng)時該風(fēng)洞主體的施工基本完成，已進(jìn)入裝配和調(diào)整階段。關(guān)于南昌風(fēng)洞，多年后馮 卡門在回憶錄中寫道：“1937年夏末我到達(dá)南昌時，風(fēng)洞已快竣工。主體混凝土外殼已經(jīng)澆注好，發(fā)動機(jī)和螺旋槳也已經(jīng)定了貨，平衡設(shè)備正在制造。這座風(fēng)洞比加州理工學(xué)院的那一臺要大50%，是當(dāng)時世界上最大的風(fēng)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(xué)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(jìn)行詳細(xì)的描述[3]。
華敦德博士對清華的貢獻(xiàn)不只限于航空學(xué)科的建設(shè)。1937年清華淪陷，他受葉企孫、吳有訓(xùn)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，將一大筆校款及鐳等貴重物品，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(xué)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(xué)出席第14屆國際應(yīng)用力學(xué)大會，提交關(guān)于風(fēng)洞設(shè)計理論的論文，被譽(yù)為“運(yùn)用分析方法設(shè)計風(fēng)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(dāng)時世界上功率最大的4萬馬力風(fēng)洞。該風(fēng)洞后來成為美國空軍研制B-36轟炸機(jī)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(xué)森一起，人選美國空軍科學(xué)顧問團(tuán)。 1947年，華敦德任美國遠(yuǎn)東科學(xué)顧問團(tuán)主席時，曾到昆明與梅貽琦會面，建議中國到日本搜運(yùn)航空技術(shù)及其他科學(xué)儀器與圖書。馮 卡門1963年去世， 1964年華敦德撰文紀(jì)念他的導(dǎo)師和摯友[4]。1968年，華敦德獲美國空軍特別貢獻(xiàn)勛章；1986年去世，享年80歲。
馮 卡門在清華大學(xué)早期創(chuàng)建航空工程學(xué)科的過程中，他的貢獻(xiàn)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(dāng)屬精心培養(yǎng)赴美留學(xué)的中國青年學(xué)子，其中最著名的當(dāng)屬錢學(xué)森。清華大學(xué)1934年起在留美公費(fèi)出國留學(xué)生中設(shè)立航空工程名額，當(dāng)年畢業(yè)于上海交通大學(xué)的錢學(xué)森以優(yōu)異的成績被錄取。1935年，錢學(xué)森赴美國麻省理工學(xué)院攻讀航空工程專業(yè)，1936年獲得碩士學(xué)位后，轉(zhuǎn)到加州理工學(xué)院，在馮卡門的指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)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(xué)潛力將會充分發(fā)揮出來”。對于錢學(xué)森更是贊許有加，在他的長篇自傳中，曾以“中國的錢學(xué)森博士”為題，以整整一章的篇幅詳細(xì)回顧了他與錢學(xué)森的友誼、錢學(xué)森的出色工作、以及在錢學(xué)森回國前受到美國政府不公正待遇的不平。

圖2？ 中國學(xué)生在馮 卡門家中做客，左右下蹲者分別為錢學(xué)森和談家楨

馮 卡門在文章的開頭寫道[3]：“我的朋友錢學(xué)森是1945年我向美國空軍科學(xué)顧問組推薦的專家之一。錢是加州理工學(xué)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(xiàn)。他36歲已經(jīng)是一位公認(rèn)的天才，他的研究大大地推動了高速空氣動力學(xué)和噴氣推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展”。周末，馮 卡門的家也常常是當(dāng)時中國留學(xué)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(fēng)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(bǔ)充一件馮 卡門自傳中沒有提到的關(guān)于錢學(xué)森留學(xué)美國的細(xì)節(jié)。按照清華公費(fèi)留美生的章程，錢學(xué)森應(yīng)該于1938年回國?？紤]到當(dāng)時錢學(xué)森的研究正處于進(jìn)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(xì)介紹了錢學(xué)森的研究進(jìn)展和成果之后，希望清華能繼續(xù)支持錢學(xué)森在加州理工的學(xué)習(xí)和研究。他在信中堅信，獎學(xué)金的延長可使得錢學(xué)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(xué)同意延長錢學(xué)森在美學(xué)習(xí)的年限和獎學(xué)金。事實(shí)證明，馮 卡門當(dāng)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(xué)森在高速空氣動力學(xué)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(xué)森1955年回國后，為中國的科學(xué)技術(shù)事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。中國國務(wù)院、中央軍委授予“國家杰出貢獻(xiàn)科學(xué)家”榮譽(yù)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(jì)念馮 卡門逝世五十周年之際，回顧他于二十世紀(jì)上半葉對清華大學(xué)的兩次訪問和書信，深深感到這位力學(xué)大師對我國早期航空學(xué)科創(chuàng)建和人才培養(yǎng)的關(guān)心和貢獻(xiàn)。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(xué)森為代表的中國公費(fèi)留學(xué)生方面，他實(shí)實(shí)在在的支持，對于上世紀(jì)三十年代前后處于起步階段的中國航空工程學(xué)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(xué)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(diǎn)啟示。



參考文獻(xiàn)
[1] 莊前鼎，國立清華大學(xué)航空研究所工作報告（1937年至1945年），清華大學(xué)檔案館。
[2] 金富軍，華敦德與清華大學(xué)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(xué)奇才，馮 卡門，李 愛特生著，曹開成譯，上?？茖W(xué)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(xué)森與清華大學(xué)之情緣，清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2008 年，第48 卷第11期