主题：【转贴】吴仲华和他的三元流理论 -- 晨枫

国内文人笔走龙蛇.

工程热物理所搞了纪念活动也出了纪念画册。吴先生在海外名气还是很大的，可惜当时国内没有用武之地。

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作者：陈宏冀赵晓路

吴仲华(1917-1992)，工程热物理学家，中国科学院院士。原籍江苏省苏州市。1941年毕业于昆明国立西南联大机械系，1947年获美国麻省理工学院博士学位。1980年创建中国科学院工程热物理研究所并任首届所长。曾任中国科学院力学研究所副所长、中国工程热物理学会理事长、中国科学院主席团执行主席。

吴先生在科学技术上贡献卓著。他于20世纪50年代初创造性地建立了叶轮机械三元流动理论，得到了国际学术、工程技术界的一致公认，称其为“吴氏通用理论”，其主要方程被称为“吴氏方程”。60年代中期，他提出了使用任意非正交曲线坐标与相应的非正交速度分量的叶轮机械三元流动基本方程组，将这理论提高到了新的高度。至今，叶轮机械三元流动理论仍是当代先进叶轮机械设计分析的理论基础和有力工具，在国内外航空发动机和其他叶轮机械的研制中不断发挥着重要作用。他在工程热力学和能源科学方面也进行了大量开创性的工作，在国内外有很大的影响。

在20世纪40年代燃气轮机发展初期，轴流式压气机与透平的设计是建立在平均直径处的计算及在该直径处圆柱面上的叶栅流动的基础上的，平面叶栅实验数据及相应的理论起着很大的作用。当时对于在半径方向叶片可以怎样扭转以及作功量等参量可以怎样变化等问题都不很清楚。特别在采用什么样的数学方法和模型来模拟分析叶轮机械复杂的内部流动，并基于这种方法和模型来建立叶轮机械的设计方法乃至设计体系的问题上，存在着不同的思路。30-40年代，在跨、超声速外部流动研究领域，解析方法取得了很大的成功，为人类克服音障做出了巨大贡献。在这种背景下，一种意见认为：叶轮机械流动也可以走外流使用解析方法的成功之路。吴仲华教授分析叶轮机械内部流动的特点，看到叶轮机械内部流动有着十分复杂的边界条件，沿用外流解析方法很难准确地描述分析复杂的流动物理图像。同时，吴仲华教授富有远见地看到当时刚刚出现的电子计算机的巨大生命力，以及基于计算机技术和计算数学的数值计算方法在叶轮机械内部流动领域具有的广阔应用前景。吴仲华教授开始着手建立分析叶轮机械复杂内部流动的数学物理模型。从1949年起的短短三四年中相继发表了一系列研究成果，使叶轮机械设计理论迅速提升，连上几个台阶，并终于在此基础上产生飞跃，提出了里程碑式的叶轮机械三元流动通用理论，奠定了当代航空发动机和其他叶轮机械设计方法的基础。回顾这一成功创新的过程，将给人以启迪。

在当时的计算条件和对内部流动的认识水平的限制下，直接求解叶轮机械叶片槽道空间三维流动是完全不可能的。把复杂问题适当简化几乎成为惟一的途径。但是这种简化必须建立在对问题物理本质的充分理解和掌握之上。吴仲华教授继承和发展了前人关于叶轮机械设计的基础理念。在无穷多叶片简化径向平衡方程计算的基础上发展了通流计算方法，并进一步发展成为专门研究从叶片根部到叶片顶部流动的S流面计算；相应地从叶片到叶片间的流动情况也由过去的圆柱面上的流动发展到沿S流面的流动，而且不必再限于轴流式叶轮机械，对径流式、混流式都通用。通过这两类流面的适当组合、相互迭代，就能完整地得出气流流过叶轮机械叶片槽道空间的三维变化，这就形成了著名的叶轮机械三元流动通用理论。

吴仲华教授预见到数值方法蕴藏的巨大潜力，富有远见地建立了用于叶轮机械三元流动大型工程计算的通用理论；将空间三维问题分解为二维问题(流面)处理，不仅仅是由于计算能力限制而采取的变通手段，它更反映了人们在解决复杂工程问题的设计和优化时的思维习惯。直至今天，随着计算机和计算流体力学的迅速发展，直接求解叶轮机械三元流动已经不是一件难事，但是吴仲华教授的叶轮机械三元流动通用理论和S2、S1流面迭代方法仍是叶轮机械设计体系的重要组成部分。这充分说明：叶轮机械三元流动通用理论深刻地揭示了叶轮机械内部流动的内在规律。叶轮机械三元流动通用理论的发展过程反映了数学推导、物理概念、工程实用完美的结合。吴仲华教授对整个理论的发展，至少从文献看不是一步到位的，而是有许多步骤，一步一步将被忽略的因素考虑进去，先影响大的、主要的，后影响小的、次要的，同时要解决由此带来的具体计算问题，这样数学模型由粗略逐步提高为精确，相应的计算方法也提了出来，最后达到一个新的水平。值得一提的是除了当时人工计算可以使用的外，还包括了以后大型电子计算机发展起来后才能使用的方法，而那时电子计算机刚问世不久。这样一个发展轨迹可能就是他的思维逻辑轨迹，至少是表述的轨迹，是符合一个合理的规律的。

撰稿人：陈宏冀赵晓路

点评：

著名的“叶轮机械三元流动通用理论”是怎样形成的？它不是一步到位，而是一步一步先影响大的、主要的，后影响小的、次要的，将被忽略的因素考虑进去，同时解决由此带来的具体计算问题，从而使数学模型由粗略逐步逼近精确，相应的计算方法也提出来，最后达到一个新的水平。“从1949年起的短短的三、四年中相继发表了一系列研究成果，使理论迅速提升，连上几个台阶，并终于在此基础上产生飞跃，提出了里程碑式的叶轮机械三元流动通用理论。”读者从中可领略吴仲华先生重要的科学思想和科学方法。

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吴仲华是英国罗尔斯.罗伊斯公司斯贝发动机的重要理论创始人。中华人民共和国成立后回国，57年被打成右派，以后再无建树。70年代中国搞斯贝发动机派员去英国罗.罗公司学习，该公司的人说你们为什么要向我们学习呢？我们的师傅的师傅的师傅就是你们中华人民共和国的吴仲华呀…………

作者:并双国发布日期:2007-12-02

很早以前就想写这篇文章，苦于资料的贫乏，始终无从下笔。既然这里已经涉及，无妨“丢个石头试水深”吧！

1978年夏天，因政审原因，又一次被拒绝于高考之门外，也就死心了，到青岛打家具混饭吃。某日，到北海舰队水上飞机工厂去走亲戚，无意间知道他们正忙着把水上飞机的发动机卸下来，装箱运往北京。缘由在于这些发动机是苏联提供的伊尔客机部件，每年苏联人都要来查验，合同规定这些发动机不得用于军用飞机上。运到北京是因为苏联人就要来查验了，验过后再运回来装上。全中国就那么几台陈旧的水上飞机，在画报上还是够神气的，谁知那发动机还得偷偷使用。我好奇地问道：我们自己就造不出来？担任技术厂长的二舅没表情地说：“我们自己能修理就已经不错了！”

所谓言者无意，听者有心。高中时我就是《航空知识》的热心读者，每月把裤腰带扣紧一格抠钱出来订阅这份杂志，从它创刊（或复刊，记不清了）直到文革停刊。中国唯一的水上飞机部队竟然如此落魄，这与我从报纸杂志上看到的豪气截然不同，震动可想而知。

大约在1980年，到铁路局出差，机关里的朋友给我看一份据说是“传达到地师级”的文件，那是时任中科院院长方毅的报告，说了一大堆国际、特别是美国科技先进的故事，明言说中国落后了许多年。这些方面的见闻其实很多，自打尼克松来中国，许多杂志都介绍了国际科技动态，我很认真地记过笔记，至今还能找着一本《国外科技动态》抄摘，知道俺们落后。但方毅的“内部报告”当然有杂志上看不见的东西。记得那时铁路上有个笑话，说的是湛江港有个“调车仔”，从外轮上捡了管牙膏，回来刷牙后肿成“猪头”；给医生查验过那牙膏上的外国字，才知道拿人家女人用的“丰乳霜”刷牙了。

方毅的报告果然内容丰富，然而刻骨铭心的是吴仲华先生的故事。国际航空发动机的三维设计理论鼻祖竟然在我们中国！而这位“叶轮机械三元流动通用理论”连同它的实用方程式系列，原创者在文革中一直在中科院被罚扫地洗玻璃瓶！什么叫“卑贱者最聪明，高贵者最愚蠢！”当年，雅各宾派把51岁的近代化学奠基人拉瓦锡送上了断头台，著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说：“他们可以一瞬间把他的头割下，而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。”所幸雅各宾的传人至少还懂“人头不是韭菜”的道理，但老实内向的吴先生，其才华与学识是否跟上断头台无异？方毅在报告里是痛心不已的，据说“吴氏理论”应用在扫地和洗玻璃瓶上也格外干净。方毅说，有关部门与罗尔斯.罗伊斯公司为其所生产的发动机质量问题发生了索赔纠纷，对方坚持无质量问题而僵持，谈不下去时有人想起了吴先生。而吴先生出现在谈判桌旁，罗尔斯公司的高级专家们立即向他们“老师的老师”致敬！并放弃坚持已久的立场，完全满足中方的要求。若不是这个偶然的事件，至少这位国际上享有盛誉的动力大师还得多干许久清洁工的活计。唯一的安慰便是，他回国后创立的清华大学动力研究室，迄今已经走出来六位院士和一位云南省省长。

如果说，中国人对这位国际知名的航空动力学泰斗陌生不已，那么，另一位航天动力学大师就一点也不陌生。我还是孩子阶段，大约有“同姓一家亲”的缘故吧，就知道伟大的“三钱”，几乎可以同现在的孩子们崇拜那些“天皇巨星”攀比。而这“三钱”里，钱学森则又属“超级巨星”。如今时兴一个词叫做“包装”，大约过去也“包装”的，另一种类型罢了。

按理说，吴仲华夫妇也是很重要的角色，有一位外国学者评价说，如果没有“吴氏理论”，人类的喷气航空时代要推迟许多年。最令国外同行钦佩的是，吴仲华在设定他的理论及设计公式时，具有超人前瞻地预见到计算机在未来科学中的作用，其设计理论与公式都充分设定了与计算机接轨的可行性，这使“吴氏理论”与“吴氏公式”至今还在先进的叶轮机械设计里不可或缺。而吴夫人李敏华女士也是航空动力专家、院士，她还是麻省理工第一位女博士。但吴氏夫妇回国时可不如钱学森那么风光，为了回避麦卡锡制造的麻烦，他俩辞去美国航空顾问委员会（NACA）中心研究所研究员的职位，1952年另寻不起眼的勃洛克林理工学院做研究教授。这样，1954年8月1日，借暑假旅游机会到欧洲，有报导说是周恩来安排他们从瑞士绕道苏联回国的。

这样名气上远不如钱学森的吴仲华进清华动力系开办动力研究室，李敏华留任中科院。以后，吴仲华被归入钱学森的力学研究所。鉴于钱和吴在美国都是做理论的，而钱氏的归国又闹出很大动静。假如吴先生也闹出许多波澜，使得回国成为某党的胜利象征，情况肯定不同。不过宣传总归是宣传，在美国移民部里，至今还查得到钱学森填写的美国国籍申请表，只是由于麦卡锡先动手，受不得委屈的钱学森才闹腾出归国风波来。而吴氏的成就在于突破了刚诞生不久的燃气轮机二维设计理论，首创三维设计理论，从学术意义上说，吴氏的成就更具有奠基作用。直至1967年，英国召开的“叶轮机械内部气体动力学”会议上，详细介绍了他们采用吴仲华提出的三元流动理论的工作情况；1970年，在美国宇航局举办的国际会议上，宣读了“吴氏方程的计算机解”；同年，在挪威和比利时相继召开的先进压气机国际会议上，与会科学家把“叶轮机械三元流动理论”更明确地定名为“吴氏通用理论”，理论中的基本方程则称为“吴氏方程”；1976年，北大西洋公约组织的顾问团召开学术会议，专门评论世界各国有关叶轮机械的计算方法，大会主席在总结报告中说：在过去的两年里，使用了各种形式的吴仲华的三元流动理论，设计出了非常成功的叶轮机械，吴仲华的理论在将来仍然是非常有用的工具。那时，吴先生在洗玻璃瓶。

如此看来，钱氏领导的是别人做得到我们也跟得上的工作，重复着人家早已成功甚至过气的试验；而吴氏领衔的则是别人不得不跟着走的路。钱氏之伟大在于闭门造车也能满街乱跑；吴氏的不够伟大在于别人用他的首创的理论与方程式设计制造先进的发动机，我们自己却需要从别人那里买回这些发动机。据悉，最牛B的“歼十”战机，发动机就是俄罗斯的，而且，俄罗斯发动机工厂的头儿最近说，中国人正企图用引进合资的办法，廉价获取俄罗斯技术。但他接着说不怕，怎么着3-5年内，中国人未必跟得上这项技术，而且，那时他们又有更新的技术了。

这也许叫做“巧媳妇难为无米之炊”，吴氏回国，没人瞧得上他的成就，因为他在美国就很低调；而钱氏则满足了“当掉裤子也要搞原子弹”的豪情壮志。偏偏，“普天之下莫非王土”的一个效应，就是“此处不留爷，没有留爷处”，领导不重视，干啥都没门。比不得资本主义，东方不亮西方亮，NACA涉及机密之麻烦就可以投奔勃洛克林。吴氏只有耐心等待，即使白了少年头也不要紧，“伟光正”总能自己发现错误自己改，比如方毅发现错误便立即下令，科学院里于是设了个“热动力研究所”，吴仲华领衔终于在级别上找平了钱学森。但这已经是1982年的事了，离“吴氏理论”成立，已经三十年出头了；当年三十多岁的吴仲华已经年近古稀。而且这三十年可不是其他三十年可以比的，它叫做“知识爆炸”的年代，其间科技发明的数量超过此前人类发明总量的若干倍！被称为“第三次技术革命”。

吴仲华的被荒废，与钱学森的受重用，是一件事情的两个方面，按照“一分为二”的哲学理论，什么事情都可以解释得溜溜光滑，比马屎还亮堂圆滑。饭总得一口一口地吃，堡垒只能一个一个地攻克，三百六十行，每天解决一行还可以剩下五天过年，毛主席领导中国赶上了好时候，我们终于不必跟在别人後面爬行了，干自己的革命，不受西方影响。落后就落后，等“社会主义的草”长起来，那“资本主义的苗”都是俺们的肥料。事情都得这么想，要不然，“其乐无穷”是做不到的。