童秉纲院士生平

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  童秉纲(1927~2020),江苏张家港人,力学教育家,流体力学家,中国科学院大学教授,1997年当选中国科学院院士。1946年至1950年就读于国立中央大学(现南京大学), 20世纪50年代在哈尔滨工业大学负责创建理论力学教研室,60年代初期在中国科学技术大学近代力学系,受命协助钱学森、林同骥,建设高速空气动力学专业的教学体系,1978年起先后担任该系副主任和主任,为推进流体力学博士点的发展和崛起做了奠基性工作。童秉纲长期从事空气动力学、非定常流与涡运动、生物运动力学等领域的研究。他结合国家航天工程的需要率先开拓和发展了一套从低速直到高超声速导弹动态稳定性导数的计算方法,并发展了气动热力学理论和新方法,在航天工程中取得显著成绩。倡导和引领了我国非定常流和涡运动的研究,推动了非定常空气动力学的发展。在游动和飞行的生物运动力学研究领域,首次提出了模拟鱼游三维流动效应的三维波动板理论,得到国际同行的公认。本世纪初,又倡导组织联合团队和推动更广泛的国内外合作交流活动,产生了若干有国际影响的研究成果。他曾担任中国空气动力学会副理事长、中国宇航学会理事、国家教委工程力学专业教材委员会委员和教学指导委员会委员等职。出版了《气体动力学》、《涡运动理论》和《非定常流与涡运动》等专著。多次获国防科委、中科院及教育部奖励和荣誉,获国家教委优秀教材一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、中国空气动力学成就奖等。

一、人生经历

  童秉纲1927年9月28日出生于今江苏省张家港市杨舍镇。幼年家庭贫困,青少年时期经历国家苦难,一直奋发图强,1946年考入国立中央大学,在机械工程系学习。

  1950年8月,童秉纲被分配到哈尔滨工业大学工作,进入师资研究生班,1953年毕业。他从1952年9月起开始讲授理论力学课程,并担任新成立的哈工大理论力学教研室代主任(次年转正),主持创建该教研室的教学平台,在当时闻名全国。

  1961年7月,他转到成立不久的中国科学技术大学近代力学系任教,随即担任该系高速空气动力学专业教研室副主任,协助钱学森系主任和林同骥室主任建设这个领域的专业教学体系。

  童秉纲前后两次共经历了12年的逆境。他曾被划成“中右”,长时间挨批挨整。文革期间,被关进专政队一年,劳改了两年半。1972年,历经磨难的童秉纲已经45岁,开始转到了科研活动,被安排到辽宁沈阳松陵机械厂和新阳机械厂,开展导弹和卫星回收舱的动导数计算方法研究,这是他从事空气动力学和流体力学研究的起点。

  中国科学技术大学1970年下迁合肥后,百废待兴。1978年起,童秉纲开始任近代力学系副主任,1983年成为继钱学森、吴仲华之后的第三任系主任,带领流体力学专业乃至整个力学系走上一条新的中兴之路。1981年,他被国务院学位委员会批准成为首批博士生导师。

  1984年起,作为高级访问学者先后赴加拿大滑铁卢大学、美国田纳西大学空间学院、加州理工学院等地访学,历时一年半。

  1986年,童秉纲的人事关系转入中国科学院研究生院(中国科学院大学前身),他仍被中国科学技术大学聘为教授。1988年,与马晖扬教授一起组建了空气动力学实验室。

  从1980年代起,童秉纲陆续研究了鱼类游动的理论模型、非定常流与涡运动的若干问题和航天器气动加热预测等,都取得了重大进展。1997年,童秉纲当选为中国科学院院士。

  20世纪末,童秉纲倡议建立以中国科学技术大学近代力学系为主体的联合研究团队,开展“飞行与游动的生物运动力学和仿生技术”。2003年,他还与马晖扬教授一起组建了中国科学院研究生院生物运动力学实验室。

  童秉纲把自己的传奇经历概括为“逆境很长,服务很多,很晚创业,小有成就”。他45岁才开始从事科学研究工作,最终成为院士,得益于他始终以国家需求为己任,有“一颗不畏曲折、勇于创新的事业心”。

二、为发展教育事业做出了创造性贡献

2.1为哈工大国内率先成立的理论力学教研室主持创建教学平台

  上世纪50年代初,哈尔滨工业大学率先按照苏联模式为工科开设“理论力学”课程,并相应地成立理论力学教研室,由童秉纲负责组建所需要的硬件和软件,形成教学平台。童秉纲等把“提炼模型、理论分析、物理讨论”的力学研究方法论应用于教学实践中,解决了学生反映的“理论容易,习题难”问题,教学效果显著改善。据此经验,集体编著体系完整、论述严谨的《理论力学》教材,1961年由高等教育出版社出版,童秉纲名列作者首位。目前,该教材已出至第8版,被200余所院校采用,曾获1987年度全国优秀教材奖,2003年被评选为高等教育出版社“百部精品教材”之一。

2.2 为新成立的中国科学技术大学近代力学系协助建立高速空气动力学专业的专业课程教学体系

  1958年,中国科学技术大学建校之初,钱学森参与了学校筹建的顶层设计,并担任近代力学系主任。童秉纲1961年7月到该系工作,正赶上建立专业课程教学体系的时机。他作为高速空气动力学专业教研室的副主任,协助钱学森系主任和林同骥室主任建设该专业课程教学体系和组织执行教学过程。

  1961年秋冬之际,钱学森系主任给童秉纲布置教学任务,要他为首届200多名学生补习力学基础,其背景是钱先生决定要学生进一步加强数学和力学基础,延长半年,进行补习。面对如此艰巨的任务,童秉纲认为补课的关键问题是引导学生掌握力学研究的方法论,因而选择若干具有代表性的工程问题来演示如何应用数学加以求解的办法,使不同水平的学生都能听懂,都有收获。这段补课经历在当年的学生中留下了深刻印象。

  童秉纲根据1963-1966年期间讲授专业基础课“理想气体动力学”的经验,编写了课程讲义,深受学生欢迎。1988年由国家教委工程力学专业教材委员会审定后,该讲义被重新撰写为教材《气体动力学》,由高等教育出版社于1990年出版,成为深受欢迎的教材。该书获1995年国家教委优秀教材一等奖和1998年教育部科技进步二等奖。

2.3 为中国科学技术大学近代力学系在下迁后的中兴崛起发挥了重要作用

  中国科学技术大学自1970年下迁合肥后,面临着危机,亟需探索中兴之路。童秉纲从1978年到1984年负责近代力学系以及流体力学专业教研室的管理,着重进行了提高流体力学师资学术水平工作。他提倡科研与教学相结合,相继成立了高速空气动力学组、激波风洞组、湍流组、天体物理组,开展研究;组织有关教师翻译并出版了朗道等著《流体力学》和Schlichting著《边界层理论》;从多种渠道为各研究组争取项目经费支持;与庄礼贤、韩肇元、尹协远等一起,采用导师、副导师 (或合作导师) 指导研究生,提高了研究团队的学术水平和培养能力。在童秉纲带领和影响下,近代力学系成为一个和谐合作、积极进取的集体,得以再次振兴。

2.4 创建了中国科学院大学流体力学专业

  1988年,在中国科学院研究生院,童秉纲与马晖扬教授一起组建了空气动力学实验室。30多年来,他们与中国航天空气动力技术研究院(原七机部701研究所)的姜贵庆研究员成立联合团队,开展航天器气动热力学理论和计算方法研究,并合作指导博士研究生,探索了一条科学研究与工程实践相结合的新道路。

  20世纪末,童秉纲看到了在中国推动交叉学科“飞行与游动的生物运动力学和仿生技术”发展的重要机遇,他倡议建立以中国科学技术大学近代力学系为主体的联合研究团队。2003年,他与马晖扬教授一起组建了“中国科学院研究生院生物运动力学实验室”,主要开展昆虫飞行和鱼类游动的流动物理研究,取得了具有国际影响力的研究成果。

  2007年,童秉纲通过人才引进计划引进倪明玖教授,支持他开展核聚变反应堆中的磁流体力学研究,目前已发展为国内该领域独树一帜的研究团队。    

三、根据国家需求和流体力学学科发展趋势,推动了若干研究领域的进展

  在科研中,童秉纲提倡真诚合作与交流,认为合作的基础应该是建立在对事业的共同追求、淡泊名利和相互宽容之上,无论是对同事、研究生,还是对外单位的合作者,他都身体力行,几十年如一日,保持着齐心的伙伴关系。

  童秉纲在科学研究中继承了以von Kármán和钱学森等大师代表的应用力学学派的研究方法论,即在深入观察和认识流动的物理现象基础上,建立合理的物理模型和数学模型,通过数学分析和数值模拟相结合,给出解析的或是半解析半数值的结果,从中总结出能够反映流动物理本质的规律及其特征。在多个领域研究中,都体现出这一鲜明特色。

3.1构建飞行器部件的动态稳定性导数预测方法

  从70年代起,由于我国研制战术、战略导弹和卫星回收舱的亟需,童秉纲率先基于非定常空气动力学理论研究飞行器的翼和体的动态稳定性导数。通过十几年的努力,他与合作者开拓和发展了低速、跨声速、超声速和高超声速动导数的整套计算方法,特别是针对跨声速流和高超声速流的非线性困难,提出了新的模型,即非定常跨声速流的局部线化面元法和高超声速钝头体绕流的非定常内伏Newton-Busemann流动理论。这些研究引起了国际反响,获得了1987年中国科学院科技进步二等奖。

3.2 推动中国的游动和飞行生物运动力学研究登上国际舞台

  童秉纲于1985年访问加州理工学院,从吴耀祖教授那里学习了生物运动力学的入门知识。为了揭示生物进化的力学因素,特别是探索仿生水下航行器的新概念,他和庄礼贤指导博士生建立了鱼类游动的三维波动板理论,这是在经典的Lighthill细长体理论和吴耀祖二维波动板理论之后首次揭示鱼游的三维效应。他们还研究了鱼类多种游动模式的形态适应问题,得出了若干新的结论。该理论被国际同行用于鱼游的力能学、肌肉力学、整体仿真等生物力学研究,受到广泛的好评,被认为是“一个新的流体力学方法”。

  进入新世纪后,童秉纲领导生物运动力学的联合团队在活体运动观测、模型实验、数值模拟和理论模化四个方面做出了系列创新性工作。2003年,他作为执行主席之一,召开了两次该领域的香山科学会议。美国工程院院士、中国科学院外籍院士吴耀祖在2010年致中科院院长的信中说,“他们真正使中国的这些研究登上了国际科学舞台”。

3.3 倡导和引领了非定常流与涡运动研究

  上世纪80-90年代,童秉纲曾是国内非定常流与涡运动研究的倡导者和学术带头人之一。他和合作者在三维非线性非定常极端曲地面效应的理论、钝体动态尾迹的涡结构演化、钝体尾迹稳定性机制、可压缩粘性自由涡流动结构演化,以及快速涡方法、自适应涡团模型和分区混合计算方法等方面均做出了开拓性工作。

  童秉纲等于1994年编著出版的《涡运动理论》构筑了从流体力学基本理论通向涡运动研究前沿的一座桥梁,是国际上不多见的一本简明教程,一直在读者中享有盛誉。童秉纲和崔尔杰等还多次组织该领域的全国性学术活动和讲习班,并将相关进展和结果整理出版成《非定常流与涡运动》。

3.4 开拓和发展了航天器气动热力学研究

  针对航天器气动热环境精确预测的需求,童秉纲与航天空气动力研究院的姜贵庆开始了30余年的合作。他们发展的有限元为主体的气动热力学计算方法,被成功地应用于神舟1号飞船局部构件的复杂流动热环境预测,“与地面试验结果相符”。新世纪以来,他们还开展了稀薄非平衡流动的工程理论研究,被认为“给出了当前难得一遇的原创性解析理论成果”,已被应用于国家重大专项工程。

四、教书育人,言传身教,桃李满天下

  童秉纲为高校教学基层建设和带领研究生从事科学研究奋斗了60余年。他以教书育人为己任,以他的师德言传身教,在青年学生中有非常好的口碑,对他们起着潜移默化的影响。童先生强烈的事业心深深感染着他的学生,他把自身严谨的、不畏曲折、真诚认真的工作作风贯串于整个教育过程,保持与学生良好的沟通,不断提高学生的学术修养,培养了包括22名博士在内的一批高素质人才,其中他的博士生陆夕云已经成为中国科学院院士。

  童先生精心为每一个博士生选择一个相对独立的新课题,要求他们构建新的研究框架。这样做,导师的责任大,要学习许多新东西,甚至要冒一定的风险,但是有利于培养学生的创新精神和独立的科研工作能力。他既关注学生研究的路线图,又在日常的点点滴滴中帮助学生进步,从学术讨论到论文写作都认真给予指导。正由于他的精心培养,他的许多学生毕业后,在国内外著名的高校和科研院所,都很快成为研究骨干,能在科研第一线开拓创新,作出了优异的成绩。

责任编辑:高塬