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第3章 李天 飞机空气动力学专家

李天(1938.10—),吉林省吉林市人,飞机空气动力学专家,中国科学院院士。1963年7月毕业于清华大学工程力学数学系流体力学专业,同年分配到第三机械工业部沈阳飞机设计研究所工作,先后任设计员、专业组组长、研究室主任、副总设计师等职。现任中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所首席专家,北京航空航天大学和中国航空研究院博士生导师、中国航空工业集团公司航空研究院技术顾问、中国航空工业集团公司科学技术委员会高级顾问。李天曾获国家科技进步二等奖1项,国防科工委科学技术进步一等奖1项、二等奖2项,航空工业部科学技术进步一等奖3项、二等奖5项。2001年被中国人民解放军总装备部授予武器装备预先研究突出贡献奖,2006年被中国航空工业集团公司授予航空报国突出贡献奖。2005年当选中国科学院院士。

1963年7月,李天从清华大学工程力学数学系流体力学专业毕业,怀着一颗为祖国航空事业奋斗终生的雄心壮志,来到沈阳飞机设计研究所,开始了他的航空报国的人生旅途。

李天如愿被分配到气动力研究室,从事飞机气动特性计算方法研究工作。当时,国内第一次设计超声速飞机,超声速大马赫数气动特性和动导数计算还没有成熟的方法,苏联专家也没有提供相应的资料,只能去收集国外资料,通过综合分析和不断摸索逐步建立自己的工程算法。他查阅了近百篇有关的资料、文献及技术报告,通过综合分析、公式推演、算例验证,终于建立起一套计算飞机气动力“动导数”及大马赫数下静方向安定特性的计算方法,为歼击机的气动布局设计提供了必要的手段。从1964年开始,他陆续投入到歼7摸透和歼8飞机设计工作中去,从一名普普通通的技术员、专业组长、室副主任,逐渐成长为一名副总设计师、航空领域的技术专家和首席专家。

空气动力学在航空事业的发展中有着举足轻重的作用,空气动力学是发展航空、航天技术的重要理论基础。李天在所从事的飞机空气动力学研究领域造诣颇深。40多年来,他在该领域工作中创造性地解决了歼击机研制过程中遇到的多项重大技术难题,并在工程中得到验证和应用,完善了我国歼击机气动布局的设计方法,并且不断探索新一代飞机先进气动布局的技术发展。

我国航空工业起步晚,经济实力较差,20世纪60年代,国内只有尺寸较小的3米量级低速风洞和0.6米高速风洞,风洞试验模型尺寸受到严格限制,致使试验模型与真实飞机有诸多的不同。针对上述问题,他与顾诵芬总师商定采用单独通气模型、尾部喷气模型试验来获得通气、尾部喷气对气动特性的影响量。由于当时的试验设备和装置比较简陋,只能用自制的六排测压耙测垂尾表面的压力分布,用水柱测压仪记录压力变化;用手摇计算机进行积分得到有无喷流的压力分布、侧向力及偏航力矩,此项试验不仅得到了喷流对飞机方向安定性的影响量,同时也摸清了喷流效应的流动机理。对于雷诺数及翼面弹性的影响分析是采用理论计算方法获得其影响量,再用上述影响量去修正全机风洞试验数据,从而得到接近真实的飞机气动数据。用上述修正方法对歼7飞机风洞试验结果进行修正得到的气动特性与飞行试验测得的数据基本一致,同时在歼8飞机设计中应用了该方法也获得了成功,证明这种修正方法是正确的。通过上述验证,他建立了一套超声速飞机用小风洞试验结果换算到真实飞机的“从风洞数据修正到飞行值的相关性方法”,为飞机的气动力设计提供了可靠的计算方法,该方法已成功用于型号设计之中。

歼8某型飞机在使用中出现了放减速板振动大及减速性差的问题,为此所里成立了攻关组,任命李天为组长。他通过在低速风洞中流态观察及试飞测量查找出问题原因,在减速板面积不允许增大的限制条件下,提出在减速板上采用开孔的方法来消除振动。然而,孔的形状、大小、位置却是设计的关键,为获得定量结果,在国内首次开展了在高速风洞中对减速板上开孔进行系统研究的方法。他设计了多种开孔方案的减速板,采用在高速风洞中同时测阻力及减速板尾流脉动压力的方法,得到了既满足增阻又不产生强烈振动的减速板方案。经试飞验证,飞机减速性能达到设计指标,振动消除,已在部队的飞机上推广使用,并获航空部科技进步二等奖。

歼8Ⅱ飞机将原机头进气改成两侧进气后,其前机身横截面由圆形变成立椭圆形,使其在大马赫数时方向安定性变差。李天提出将原歼8双腹鳍改成单片可折叠大腹鳍,通过理论计算和风洞选型试验确定了腹鳍的几何参数,经试飞验证,该方案合理可行,使歼8Ⅱ飞机达到了设计最大马赫数并顺利通过设计定型。

歼8飞机改型后因外挂武器品种和重量[1]增加,使飞机重量增加,影响了飞机的着陆性能。根据某空气动力研究院的结论,对于小展弦比三角翼飞机,其襟翼的偏度只能到×度,因此起降升力系数小。李天提出要打破框框增加襟翼偏度,通过系统地研究襟翼增大偏度时的最有利缝隙形式及大小,摸清了襟翼偏度与襟翼缝隙的关系,确定了设计方案。经试飞验证,飞机起降速度降低,改善了歼8飞机的起降特性。该襟翼方案已在歼8改进型系列飞机上应用。

从1975年起,李天开始对第三代战斗机的气动布局形式讲行系列研究,其中特别关注涡控技术。他系统地研究了边条翼的边条参数,包括边条前缘半径、后掠角、平面形状和相对面积的影响;还研究了近耦合鸭式布局中鸭翼的平面形状、面积大小及鸭翼与主翼的上下前后位置的影响,通过理论计算及大量高、低速风洞试验和流谱观察,摸清了脱体涡流型与混合流型的机理,最后选出了比国外先进战斗机性能更好的边条翼布局方案,并得出了边条翼设计准则和方法。此外,他还系统地研究了可兼顾亚超声速性能的大后掠双三角翼与融合体布局的气动力特性、大后掠尖前缘涡襟翼的几何参数与气动特性的关系以及具有高机动性的三翼面布局方案和气动特性。在“大迎角非定常涡破裂产生的飞机抖振特性研究”中,李天担任项目负责人,他建立了理论设计计算方法,完成了计算分析。经高、低速风洞试验验证了该方法的正确性,找到了控制大迎角非定常涡破裂产生的飞机抖振方法,其研究结果可用于歼击机设计及改进上。

李天是我国诸多前沿学科研究的倡导者和实践者。从“七五”开始,他就主持领导了航空预研课题的研究工作,先进气动布局、总体综合设计技术、隐身技术、推力矢量技术等科研项目,都体现着当时国内航空领域的尖端技术。李天开拓性地建立了一套我国先进飞机气动与隐身综合设计方法,设计出与美国最先进飞机性能相当的我国新一代飞机的气动布局,使我国在飞机空气动力与隐身技术综合研究领域达到国际先进水平,为我国新一代先进飞机的发展做出了突出的贡献。

长期以来,李天作为航空工业界德高望重的知名专家,作为多项新技术预先研究课题的负责人以及中国航空研究院和北京航空航天大学博士生导师,共培养博士后1人,博士13人,硕士22人,同时注重航空英才的培养。在他的精心指导与培养下,他们陆续成为了航空界飞机总体技术、气动力技术、隐身技术的技术骨干和技术带头人,一批批飞机设计师和技术骨干担起了飞机设计的大梁,一批批航空英才走上了重要的领导岗位。

长期以来,李天结合世界先进战机的新技术发展动态和自己的创新科研成果,编制了很多图文并茂、深入浅出、内容丰富的专题演讲材料,应邀到多所大学进行演讲,耐心回答学员提出的各类问题。他的演讲内容面向世界航空工业最新技术动态,专业知识系统、深入,科研实例丰富、生动,受到了广大师生的敬重与赞誉。

李天2005年当选中国科学院院士。

注 释

[1].本书“重量”指“质量”概念,单位为千克、吨等。

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