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收稿日期:2019-03-20
网络出版日期:2019-05-18
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周光坰先生(1919.5---2018.12),北京大学教授,中国力学学会第一、第二届流体力学专业委员会主任委员,著名流体力学家、力学教育家.
周光坰先生是四川省成都市人,早年就读于有悠久历史的成都石室中学,抗战期间为发展我国航空事业报考西北工学院航空工程系,1943年毕业后在重庆市南川飞机二厂配合我国著名飞机设计师林同骅先生从事国产飞机设计工作;抗战胜利后于1947年赴美国明尼苏达大学航空工程系攻读硕士和博士学位. 当时因美国政府对军工类技术专家严密控制,周先生毕业后婉拒航空企业重金聘请而选择在一家桥梁公司任职,并于1954年利用赴法度假的时机,轻装简行,绕道奥德波苏四国经西伯利亚归国.
当时周培源先生在院系调整后由清华大学转任北大教务长,主管教学、科研和外事工作,在数学系创办力学专业,并于1955年按国家科研规划与钱学森先生联合清华、北航在北大建立我国第一座大型低速风洞.周光坰先生作为建国后第一批学成归国的专业人才,成为周培源先生在北大开展力学教学科研的主要助手,全面负责大风洞设计建造工作.当时我国全年钢产量不足千万吨,大风洞采用钢筋混凝土结构,为历史上未有的创举.大风洞在实验大厅内为木结构,收缩段的气动设计在二元段用林同骥曲线,三元段用钱学森曲线.由于同时建造的沈阳风洞报废,北大风洞成为能为我国航空界自行设计战机提供气动资料的唯一可用的实验设施,因而在结构设计上更是慎之又慎.为了战机实验的急迫需要,在二元段木结构完成后决定提前建造三元段木结构,收缩曲线的设计在仓促间采用工业风洞常用的维托辛斯基公式.1958年10月1日,大风洞顺利运行. 周光坰先生如释重负.经我和陈为炎等人检测结果,风洞气流品质优良,湍流度可控制在万分之五以下,达到大型低湍流度风洞的要求,完全满足湍流和空气动力学基础研究的需要. 周光坰先生和我联名在第三届全国航空学会大会上报告了有关风洞建造、调整和校测的工作.大风洞先后完成歼六、强五等模型实验和颤振实验后由部队接管,成为我国早期自行设计研发战机的主力风洞.
周光坰先生随即主持设计建造我国第一座大型高超音速风洞及教学用低速和超音速风洞实验室和水力学实验室,建成后成为我国高校规模最大设备最齐全的流体力学实验室.低速风洞按大风洞四分之一模型建造,有二元实验段和三元实验段可交替使用,分别安排翼型模型、平板边界层和著名的圆球阻力微机实验;另有按苏联图纸设计的八角形实验段低速风洞并配备由苏联进口的悬挂式三分量天平,安排矩形机翼的空气动力实验;水力学实验室参照清华大学水利系实验室建造,配有水塔、水库和循环水槽,可开展波浪、堤坝和水动力学实验研究.另外,在高速空气动力学方面按照北京航空学院空气动力学教学实验要求建有小型超音速风洞,用于菱形机翼的斜激波流动显示和测力实验;还有激波管实验,配有苏联进口的纹影仪,开展一维非定常空气动力学实验,后从日本进口马赫$\!$-$\!$-$\!$山特干涉仪开展二维激波的实验研究.限于当时国家经济条件,大型高超音速风洞下马,周光坰先生通过广泛的调查研究,充分分析国外关于高超音速空气动力学研究的各种方案,经教研室反复讨论后,决定改建较简捷可行的大型激波风洞.
由于周培源先生主要承担学校领导工作,流体力学教研室的主要教学科研工作均由周光坰先生主持.先生一方面安排教研室科研方向,有湍流、高超音速空气动力学、非定常机翼和空气动力学弹性理论、电磁流体力学和波动力学五个研究组,定期总结交流,在日常工作中重视年轻教师培养,以老带青,实现老中青结合;特别是为了尽快提高实验研究水平,接连派出年轻教师赴哈工大和罗马尼亚进修湍流和实验测量技术,去哈军工学习风洞实验技术; 此外为加强流体力学学科的国际交流,邀请洛强斯基(L.Loitsyansky)、谢道夫(L. Sedov)和格里格良(S.Grigoryan)等著名****来北大讲学,一时门庭若市,宾客如云,成为当年流体力学界的盛事;同时联合林同骥、庄逢甘、张涵信等专家****在北大举办每周一次定期的空气动力学讲座.另一方面整顿教学秩序,狠抓教学质量,更新充实教学内容,组织学生参加专题讨论班,广泛介绍最新研究成果;组织高年级学生去科研单位生产实习.当年我和吴凤林一起去水利电力科学研究院安排学生参加肖天铎先生的闸门水动力学弹性振动实验和林秉南先生的泥沙沉积实验,使学生扩大知识面,大大提高学生的学习积极性.当年学生的本科毕业论文大多结合学科发展的前沿课题,很多学生选择实验研究,例如三角翼羊角涡的油膜法和高岭土法流动显示,用冯$\cdot$卡门相似性公式通过自制的热线电路测量机翼的局部摩擦阻力等均在全国航空学会分会报告.通过种种教学改革中的努力,使当时北大力学的教学科研工作迅速进入高潮.
1961年至1966年间,由于中苏关系紧张,北大先后建立昌平分校和汉中分校. 周培源先生亲自赴汉中将校址选在褒城西侧的连城山腰. 周光坰先生组织教师很快完成分校流体力学实验室的规划设计,按略小于大风洞一半的规模建造科研用低湍流度中型二元风洞和圆形开口风洞,另有供大激波风洞用的空气压缩机站. 吴凤林和我负责风洞气动设计,区绮娴负责结构设计. 1965年我和吴凤林去分校落实风洞安装. 大型激波风洞由王新英具体负责设计加工,于1967年完工,因北大当时处于停课状态,转交中国空气动力学研究发展中心使用.
文革后期,在周培源先生领导下,按照周恩来总理要求把北大的基础研究搞好的任务,对湍流在国计民生重大课题中的应用进行广泛的学科调查. 在著名气象学家叶笃正先生关于开展城市环境在地表加热冷却条件下的湍流扩散研究的建议下,在大风洞完成中性稳定性大气边界层湍流结构的风洞模拟实验后,结合北京市环境保护办公室关于首钢高井电厂高架源污染的实验研究和水电部新建电厂的大型冷却塔群风荷载等课题开展湍流和空气动力学实验研究,这使我们深深感到收回大风洞的必要. 当年周培源、钱学森先生创建的大风洞如同力学系的脊梁,力学系没有大风洞就没了底气,许多湍流和空气动力学的基础研究工作无法开展. 1974年,按毛主席对锦州军区关于军队应交还占用地方资产的指示,经校革委会主任和空军协商后收回大风洞. 由于当时分校教师进京有严格限制,大风洞收回一年间基本闲置,学校决定由部队管理时留京技术骨干为主重新成立以战机模型实验为主的人员编制. 我于1976年回京后,在歼六机起降的地面效应实验中再次观察到在大攻角时有强烈的低频声辐射并对机翼的升力产生很大的影响,由此证明大风洞是我们开展湍流和空气动力学基础实验研究的十分理想的设备.
周光坰先生十分关心我们的工作,但是按汉中分校的安排他一直在当年五四广场东南角的校木工厂劳动.与此同时,我们在查阅资料时发现湍流测量技术已由传统的剑桥大学的湍流仪中使用的恒流式热线风速计电路取代为霍普金斯大学柯伐兹内(L.Kovasznay)教授大力推广的恒温式电路并开展对大尺度拟序结构的条件采样研究,而数据处理装置也由模拟计算机电路改为更加简捷易行的通过数字式计算机作随机序列分析处理加以解决,特别是加州大学圣迭戈分校的实验资料详细介绍了他们测量八阶矩的结果.这正是从20世纪40年代以来一直困惑周培源先生而无法在基础实验研究中取得突破的关键性问题.在"文革"十分严峻的条件下周培源先生决定打破各种障碍,开展湍流实验研究的国际交流,于1976年以北大名义邀请柯伐兹内来我校讲学并建立长期的学术交流关系.这是建国以来中美两国高校间互访的第一次成功的探索,此后四十余年与霍普金斯大学的联系不曾中断.随即由周光坰先生负责在大风洞举办面向全国高校的湍流讲座,组织我和黄永念、魏中磊合译欣兹(J.Hinze)的名著《湍流》一书.
1978年汉中分校回迁北大本校,周光坰先生出任力学系第一届系主任,收回文革期间由制药厂占用的原流体力学实验室平房,以汉中分校安装运行的低速风洞为主,重建流体力学实验室. 当时,力学系百废待兴,教学科研均需重新作出全面安排,教师经文革动乱后重新开始教学科研工作,十年断层造成了重重困难,尤其是思想观念上的混乱造成种种不必要的困难;资金短缺使得基础建设只能因陋就简,在大风洞南侧新盖平房解决力学系各教研室一时之需,随即开始中断十年的招生工作,教学科研工作逐渐转入正常轨道. 湍流研究在力学系广泛展开,形成三十余人在系里最大的科研队伍,实验设备有大风洞和不同规模的研究用风洞,测量仪器有多套不同类型的湍流仪,在湍流基础理论研究、测量技术、大气环境和空气动力学应用等不同领域均取得了进展.
1978年12月,我和黄永念作为新中国第一批公派赴美访问****分别去霍普金斯大学和麻省理工学院开展湍流基础研究.1979年初周 光坰先生来华盛顿访问,期间具体研究了我和柯辛(S. Corrsin)教授合作研究的主要项目.随着对湍流理解的逐步深入,我和南加州大学劳弗尔(J.Laufer)教授合作开展湍流声产生机制的实验研究,实验中发现按当时十分流行的莱特希尔(J.Lighfhill)空气动力声产生理论的声源项实际上并无声辐射,但是按周培源湍流理论应是脉动压力的驱动项,莱特希尔方程只是N-S方程的重组.随着实验研究不断深入,回国日期两次经教育部出国司批准后推迟.周光坰先生始终支持我将实验坚持下去,完成对周培源湍流理论的实验证明. Journal of Fluid Mechanics期刊主编克莱顿(D. Crighton)邀我们在该刊以卷首篇发表.劳弗尔希望我作为博士学位论文,但是按出国时对访问****的规定我坚持不以培养博士的成果而以北大和南加大合作研究的成果发表.回国时周培源先生己离开北大,周光坰先生承担着繁重的压力,不久换届卸任.翌年,劳弗尔教授在我们的论文发表后来信准备回访北大被拒,使我理解到当时系里工作的艰难,而周光坰先生从不向我提及,他对下一代人才的关爱使我一生难忘.
此后,周光坰先生仍全力为提高力学系教学科研水平继续贡献毕生精力.一是联合数学系主任段学复先生由北大上报引进国际上炙手可热的非牛顿流体力学的主要创新人才陈文芳教授,在北大以至全国企事业部门推广相关的重大研究成果以填补我国力学学科中的空缺.陈文芳教授热爱祖国,放弃国外极优越的待遇,携妻变卖家产,全心全意回国开展相关教学科研工作,为我国晶圆制造及石油化工能源等部门培养大批人才,大大推动了我国 相关领域 的发展.周光坰先生以力学学会流体力学专业委员会名义组织全国性的多相流、非牛顿流和物理化学流体力学的学术组织,定期举行全国性学术会议,并在力学系开展多相流颗粒群平均阻力的实验研究.
钱学森先生对湍流实验有名言说,历史上的湍流研究从来都是实验工作有了突破,理论工作就跟着上了一层楼,理论工作做着不行了,又要等实验工作有所突破.周光坰先生十分重现实验在力学基础研究中的作用,毕其一生为北大力学的实验教学科研工作,包括设备、仪器、人才培养等教学和科研资源的建设,打下坚实的基础. 他在退休多年后仍经常到实验室关心工作进展.
先生晚年笔耕不辍,坚持完成《流体力学发展史》前两卷数十万字的写作,内容从史前人类对流动的观察和利用直至经典流体力学的学科发展,并有著名****的主要学术成就介绍和小传.该书后两卷也已完成大部分组稿,内容包括从近代流体力学至现代流体力学各主要分支学科的发展概况.全书四卷不仅是一部流体力学发展史,也是一部流体力学重要文献的扼要总结.
周光坰先生在生命最后的年月仍时时挂念北大力学,坚持参加力学系聚会表示自己的希望和关切,表达六十余年报效祖国的宿愿.
周光坰先生为北京大学和祖国力学事业的发展倾注了毕生心血.
他的杰出贡献,他淡泊名利、宽以待人的品格,他生命不息、奋斗不止的精神永远值得我们怀念.
附录：周光坰先生主要著作(含译著)
1 克拉西里什柯娃 EA. 可压缩气流中的有限翼展机翼. 周光坰,半学译. 北京：科学出版社,19582 周光坰. 二同轴心圆管间管壁具有微量吸吮或吹注的层流流动. 北京大学学报(自然科学版), 1958,(4)：395-404
3 周光坰,丁霭丽. 计算不可压缩流体中大冲角小展弦比矩形平板机翼空气动力性能的一个简单方法.中国造船,1964,(4)：1-6
4 周光坰. 关于多相流. 力学情报,1979,(1): 1-7
5 周光坰. 关于多相流体力学. 力学与实践,1979,1(2): 1-17
6 蔡树棠,周光坰,魏中磊等. 湍流研究最近半世纪的一些发展. 力学进展,1980,10(1): 16-36
7 欣茨 JO. 湍流(下册). 周光坰,魏中磊 译. 北京：科学出版社,1987
8 周光坰. 多相流体力学的发展现状及其展望(提纲). 力学与实践,1989,11(2): 37-40
9 周光坰,严宗毅,许世雄等. 流体力学(上、下册). 北京：高等教育出版社, 1992-1993
10 周光坰. 力学与工程科学专业英语. 北京：北京大学出版社,1997
11 周光坰,严宗毅,许世雄等. 流体力学(第二版,上、下册).北京：高等教育出版社, 2000
12 周光坰. 流体力学发展的五个时期. 力学与实践,2001,23(3): 71-75+59
13 周光坰. 从考古看史前流体力学的发生和发展. 力学与实践,2001,23(5): 72-77
14 周光坰. 从考古看史前流体力学的发生和发展(续). 力学与实践,2001,23(6): 61-67
15 周光坰. 自然界与工程技术中的流体力学问题(VCD). 北京：北京大学音像出版社,2001
16 周光坰. 史前与当今的流体力学问题. 北京：北京大学出版社,2002
17 周光坰. 流体力学发展史(共四卷). 北京：科学出版社,待出版
The authors have declared that no competing interests exist.
