夜雨聆风航空航天系列之张阿舟：一个力学家的模板
力学是一个非常特殊的学科，自它诞生之日就天然带着要解决实际问题的使命。航空方向的力学更是如此，几乎每一个有成就的力学家，最重要的工作都是从实际型号中发展而来的。张阿舟老师从求学到工作，再到教书育人，始终围绕”工程实际“这个中心，堪称力学家的模板。
做工程的人，对"传奇"两个字往往比较警惕，尤其现在某些“工匠”由于非常不专业且夸张的宣传被公众广泛质疑。真正在车间里待过的人都知道，每一个看起来光鲜的成果背后，都是无数琐碎工作的叠加。
但张阿舟（1920-2009）老师，你很难不用一种近乎传奇的眼光去看他，他几乎在每一个人生的关键节点，都做出了那个最“力学”的选择。
张阿舟
来源：胡海岩, 王立峰. 新中国航空事业的先驱者——张阿舟. 力学进展, 2021, 51(2): 386-405
一、为什么是航空？
1920年4月14日，张阿舟出生在江苏丹阳一个书香门第。17岁那年，抗战全面爆发，他考入中央大学航空工程系。
这里有个很有意思的问题：为什么选航空？
从就业角度说，那个年代学土木、学机械都更稳妥。航空是冷门中的冷门，国内几乎没有任何产业基础。但张阿舟的逻辑非常务实——甚至可以说有点冷峻。
他当时看到的是：1937年的中国天空几乎是透明的。侵略者的飞机想来就来，想走就走。没有制空权，你修再好的桥、再好的路，一颗炸弹下来就全完了。
这种思考方式，后来贯穿了他的一生。他从不把力学当成纯粹的智力游戏，而是把它看作支撑国家安全的底层技术。你甚至可以说，他从17岁开始，就已经在做一个"产品经理"的决策：这个专业，能不能解决当下最迫切的问题？
张阿舟（青少年）
来源：胡海岩, 王立峰. 新中国航空事业的先驱者——张阿舟. 力学进展, 2021, 51(2): 386-405
中央大学西迁重庆后，教学条件极其艰苦。沙坪坝的草房教室里，书本匮乏，计算全靠手摇计算机。但张阿舟在这里打下了深厚的数学和理论力学功底。
当时的教授罗荣安等人特别强调一个观念：航空零件的每一个小数点都关乎生死。这种对精确度的极度苛求，塑造了张阿舟后来的治学风格。他发现力学最迷人的地方在于它的"确定性"——只要边界条件和受力分析准确，结构的反馈就是可预知的。
这个认识看似简单，但在后来的工程实践中，它意味着一种近乎偏执的严谨。这种严谨，在今天这个追求快速迭代、敏捷开发的年代，反而显得尤为珍贵。
二、布里斯托尔的"技术观察"
1945年，张阿舟考取公费留英，进入布里斯托尔大学深造。1947年获硕士学位，随后进入布里斯托尔飞机工厂担任技术员，1948年回到大学继续攻读博士，1949年获哲学博士(国外很多力学学位写的都是哲学，毕竟自然哲学也是哲学)学位。
这段经历对他后来的"创业型"学术研究影响深远。
布里斯托尔大学
在布里斯托尔飞机工厂，他看到了西方工业化大生产的逻辑：理论研究（Research）与工程应用（Development）是无缝衔接的。英国的工程师不仅仅会算数，他们对材料特性、装配公差有着深刻的理解。
张阿舟后来回忆这段经历时有一个非常重要的观察："在国外，理论研究和工程实践之间没有鸿沟。"这个观察直接决定了他后来在中国的治学路线。
他的博士课题是《半硬壳式机身大开口应力分析》。这个问题在当时极具工程价值——飞机机身为了装载货物和人员，必须开大门或大窗，这会严重破坏结构的整体强度，导致"应力集中"。如果不解决，舱门边缘会产生微裂纹，最终导致高空解体。
1949 年张阿舟先生在英国完成的飞机机身大开口静力试验
来源：胡海岩, 王立峰. 新中国航空事业的先驱者——张阿舟. 力学进展, 2021, 51(2): 386-405
但他没有只做纯数学推导。他每周去飞机工厂，穿着沾满油污的工作服，观察工人怎么铆接，测量材料的实际变形。这种"下地干活"的博士在当时的留学生中并不多见。
他的博士论文提出的应力分析方法，后来得到了全尺寸静力试验的验证。这是他第一次完成"理论落地"，也让他坚定了一个信念：最好的力学家，必须是能解决型号实际困难的人。
1949年12月，博士论文答辩通过后不久，新中国成立的消息传来。张阿舟开始积极联系回国。1950年1月，他在我国驻英人员的组织下经香港回国。
当时摆在他面前的选择很多——留在英国或去美国，中产生活是稳的。但他看到的不是一个"落后的国家"，而是一个可以亲手书写底层代码的"创业平台"。
这种判断需要极强的战略眼光。当时的英美同行大多不看好中国的航空前景，但张阿舟恰恰认为，正因为是一张白纸，才有机会画出最精确的图纸。
三、新中国第一架飞机的"保险栓"
1951年10月，张阿舟被分配到南昌飞机制造厂（国营320厂），任主任工程师、设计科长。
厂里接到的任务是试制新中国第一架自制飞机——"初教-5"（仿制苏联雅克-18）。这对当时的中国人来说，是一个从无到有的挑战。
初教-5
名义上是"仿制"，实际上困难重重。苏联提供的图纸并不完整——最关键的问题是，静力试验的设计依据资料恰恰缺失了。
静力试验是什么？简单说，就是把飞机架起来，给机翼和机身施加各种负载，模拟飞行中遇到的各种力，看它在什么情况下会折断。这是验证飞机结构强度的核心环节。试验通不过，飞机就不能上天。通常所说的2.5g静力试验，指的就是飞机承受2.5倍自重载荷的极限状态。
初教5机翼强度试验
来源：胡海岩, 王立峰. 新中国航空事业的先驱者——张阿舟. 力学进展, 2021, 51(2): 386-405
但问题来了：这是中国历史上第一次大型飞机静力试验，国内没有任何人做过。
张阿舟接下了这个活。
他的第一步是"搜集情报"——把散落在各处的苏联资料拼凑起来，组织全体试验人员消化学习。然后他自己配套补齐，对全盘工作做了周密部署，编写了《设计员手册》培训人员，设计了一整套试验方案和加载办法。
这个过程说起来简单，做起来极其繁琐。当时的工厂没有计算机，所有的强度计算都靠手摇计算机和算盘完成。每一个铆钉的受力点都要逐一核算，不能有丝毫差错。
张阿舟还面临一个棘手的"团队建设"问题：试验人员来自设计、检验、工艺等不同部门，大多数人连静力试验的基本概念都没有。他必须从最基础的力学原理讲起，手把手地教。
这种"带新人"的经历，后来被他总结为南航的教学经验：工程人员必须具备扎实的力学基础，否则面对新技术时就会束手无策。
1954年4月5日，静力试验正式开始。张阿舟担任现场指挥。试验人员有条不紊地进行加载、读数、测量、记录。
当加载到设计载荷的105%至110%时，轰然一声巨响，飞机外翼前梁处断裂。全场屏息——但张阿舟非常镇定。这个位置和程度的断裂，恰恰证明飞机的结构强度完全符合设计要求。首次全机静力试验成功。
后来工厂又陆续完成了中翼、副翼、机身等14个部件、57种设计情况的静力试验，所有部件强度均达到设计要求。
1954年7月3日，"初教-5"首飞成功。张阿舟亲自登机参加试飞，体验和记录了最大平飞速度、最大升限等飞行性能。
毛泽东主席发来嘉勉信，称"这在建立我国的飞机制造业和增强国防力量上都是一个良好的开端"。当年10月，毛主席在国防委员会第一次会议上再次评价："自从盘古开天地，三皇五帝到如今，这是一件惊天动地的大事。"
张阿舟因在试制工作中的突出贡献荣获"特等功臣"，奖状编号为第一号。
初教5 张阿舟特等功奖状
来源：胡海岩, 王立峰. 新中国航空事业的先驱者——张阿舟. 力学进展, 2021, 51(2): 386-405
这是一个典型的"创业型"技术攻关案例：资源极度匮乏、时间紧迫、没有外部技术支持。但张阿舟用他在英国学到的系统方法论，结合国内的实际条件，硬是把这件事做成了。
更值得思考的是，他在这个过程中建立了一套完整的工作方法：从资料消化到方案设计，从人员培训到现场执行。这套方法后来被他带到南航，成为培养学生和青年教师的核心模式。
四、南航的"荒原拓荒"
1955年，张阿舟做了一个让很多人意外的选择：离开如日中天的飞机制造一线，调入刚由专科学校升格为本科院校的南京航空学院，当教授。
南京航空学院（现：南京航空航天大学）
当时很多人不理解。你已经是一等功臣了，留在厂里，前途无量。去学校？那是退居二线。
但张阿舟的思考方式是"升维"的：造出一架飞机固然重要，但如果能建立一套系统的飞机强度分析理论，并培养出一批懂力学的总工程师，那才是真正的"倍增效应"。
他面对的"创业环境"极其艰苦。当时的南航，硬件设施简陋，师资力量薄弱，研究条件几乎为零。他后来回忆，"当时的南航刚由专科学校升格为本科院校，师资力量非常薄弱，几乎没有研究条件。"
但张阿舟展现出了极强的"从零到一"的能力。
他先是"扫盲"——当时的教师团队大多是刚毕业的大学生，甚至没见过真实的飞机结构。他开启了一种近乎"魔鬼训练营"的模式，要求青年教师必须先下工厂，在铆钉枪的轰鸣声中理解什么是"应力集中"。
在教研室里，他推行"集体备课"，每一道例题他都要亲自审阅。如果逻辑不严密，当场要求重做。"哪门课没人上，张老师就上哪门课。"赵淳生院士后来回忆。
这种带新人的方式，在今天看来有点像"导师制"的雏形。但张阿舟的导师制有一个显著特点：极度强调工程实践。他要求学生不仅能在黑板上推导公式，还要能在车间里识别问题。
张阿舟先后讲过《飞机构造与强度》《高等数学》《工程数学》《自动调节原理》《薄壁结构力学》《飞机强度计算》等十几门课。这种"全能"的背后，是他对学科体系的完整把握。
更重要的是学科建设的"顶层设计"。他与从美国加州理工学院归国的范绪箕先生一起，指导青年教师开展科研，制定了具有前瞻性的科学研究规划，共同创建了飞机结构强度、空气动力学、无人驾驶飞机等多个领域的研究型实验室。
在教材建设上，他主编或参与编写了《飞机强度计算》《飞行器振动基础》等教材。这些教材不是简单的翻译苏联文献，而是他把留英期间接触到的西方近代固体力学体系，与他在南昌厂造飞机的实战经验进行的"国产化适配"。
其中首次系统性地引入了"能量原理"在复杂结构中的应用，要求学生把整架飞机看作一个"系统"，而不是一堆孤立的零件。这种系统论的引入，是南航力学学科后来能够从"零件级"跨越到"型号级"的关键。
50年代中期至60年代中期，他发表了多篇有关飞机结构静强度的研究论文，提出了一系列飞机结构强度计算原则和方法，包括等跨距等截面连续梁的差分方程法、弹性支座等跨距等截面连续梁的差分方程法、圆环的傅里叶级数解法、柔框机身应力分析、机身大开口静力试验等。
这种"学术创业"的作风，反倒逼着南航师生练就了极强的工程直觉。
后来很多人问：为什么南航的力学学科能在那么短的时间内成长为国内顶尖？答案其实很简单——因为创始人在打地基的时候，就把每一根桩都打到了最深处。
60年代起，随着喷气式飞机速度的提升，气动弹性颤振问题日益突出。张阿舟敏锐地察觉到这是航空力学必须攻克的"卡脖子"技术，开始系统性地研究结构动力学。没有先进的计算机，他带着团队用算盘和手摇计算机推演复数特征值问题。
70年代中后期，尽管环境依旧艰苦，张阿舟却敏锐地预感到力学的未来属于计算机。他开始接触并推广有限元法，在南航推动计算机应用。虽然当时的电脑内存还没现在一个网页大，但他利用这种极其有限的算力，开发出了中国早期的结构动力分析程序。
这种前瞻性的布局，使南航在改革开放后迅速成为国内计算力学的重要基地。
五、院士的导师
如果说张阿舟在前半生解决的是"技术问题"，那么在后半生他解决的则是"人的问题"。
作为全国首批博士生导师（1981年），他的执教生涯最辉煌的成就之一，便是培养了三位叱咤风云的院士弟子。这三个人走出的是完全不同的技术路线，却都继承了一套共同的"力学方法论"。
赵淳生（院士）与张阿舟有着长达40年的师生情谊。他原本是学俄语出身，1963年被选派为张阿舟的助手。
第一次见面，张阿舟拿出一本英文专业书让他翻译。赵淳生结结巴巴，满头大汗。
张阿舟没有责备，而是点醒他：做前沿力学，必须跨越语言壁垒，拥抱全球最先进的结构动力学理论。
当时的中国学术界普遍看苏俄文献，但张阿舟敏锐意识到，欧美在结构动力学上已经走远。他让赵淳生一页页翻译，自己一页页校对。
他后来评价张阿舟："张老师是工程师中理论最深厚的科学家，也是教授中经验最丰富的工程师。"
赵淳生院士（南京航空航天大学）
胡海岩（院士）于1985年慕名考入南航，师从张阿舟攻读博士。1988年获固体力学博士学位。
他后来回忆，张老师在学术上极度"硬核"。在听取学术报告时，张阿舟常能在复杂的推导中，一眼看出等号两边的量纲不一，从而判断公式有误。
这种"量纲直觉"背后，是对基础逻辑的极度严苛。
胡海岩评价张阿舟是那种"能改变学生命运的良师"。"人生得一良师，不仅可以终身受益，甚或能够改变命运，张阿舟教授对我而言就是这样一位良师。"
胡海岩院士（南京航空航天大学、北京理工大学）
向锦武（院士）在张阿舟指导下于1993年获得固体力学博士学位。他的发展路径最能说明张阿舟培养人才的"开放性"。
他回忆第一次听张阿舟讲课的情景："直到现在，我还清清楚楚记得那天的情景：偌大的阶梯教室里，台下听众或坐或站，全神贯注；先生留着花白的短发，笔挺的白衬衫搭配背带黑西裤，在讲台上走来走去，激情四射，充满精神与活力。"
向锦武院士（北京航空航天大学）
张阿舟在培养他们时，从未要求他们"子承父业"只搞他熟悉的那个窄条领域，而是传授了一套通用的"力学方法论"：极度的逻辑严密性、对工程现场的敬畏、前瞻性的战略视野。
这种"一带三"的背后，其实是一个顶级学科带头人对国家战略需求的精准判断。
六、"航空四君子"
1986年7月30日，张阿舟与北航校长沈元、西工大校长季文美、航空专家胡溪涛联名上书邓小平，呼吁"千方百计尽早提供和使用国产干线飞机"。”四君子“组合代表了国内航空四座高峰，南航、北航、西工大是顶级航空院校代表，胡溪涛则是型号单位的代表（其所在的中国航空研究院，包含了各个飞机设计所）。
这封被称为"航空四君子"上书的建议，从交通运输发展、航空工业发展的战略需要等角度，阐述了发展干线飞机的紧迫性。
你可能会问：一个搞结构振动的人，为什么要掺和这种事？
答案还是那条主线——张阿舟始终认为，力学研究必须服务于国家重大需求。干线飞机涉及到结构强度、气动弹性、振动控制等一系列力学问题，如果不能自主研制，中国的航空工业就永远是别人的附庸。
直到2007年，大型飞机研制正式立项。张阿舟虽然没能亲眼看到C919飞上蓝天，但他播下的种子，最终长成了参天大树。
晚年的张阿舟，始终保持着一种"普通人的清醒"。
在很多公开场合，他不喜欢谈论功勋。他更愿意讨论最新的计算力学进展，关注中国航空发动机的短板，关注复合材料的应用，把自己的大脑看作一个持续运转的处理器，不断根据新的环境变量进行"算法迭代"。
2009年，张阿舟在南京逝世。他留下了一套完整的航空力学学科体系，一群活跃在国际前沿的学生，以及一架架翱翔在祖国领空的飞机。
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