姜培正回忆录
    2016-03-09 11:44:00 来源:西安交大校庆 浏览:693

培正

姜培正,山东济宁人,1954年由济宁一中考入交通大学。1959年第一届压缩机专业大学毕业,1963年第一届压缩机专业研究生毕业。19564月加入中国共产党。1958年留校任动力机械系压缩机教研室助教,1965年至1971年在核工业部第三研究院六O五所任压缩机组组长,见习研究员。1971年调回西安交通大学,先后任助教、讲师、副教授、教授和博士生导师。曾任动力机械系气体动力研究室主任,化工学院化工机械与设备系系主任,压缩机与泵研究中心主任。还曾任校学位委员会委员,化工学院分委员会主任,西安交通大学学报编委。1982年至1983年作为访问学者赴瑞士洛桑联邦理工大学留学参加科研工作。出版书《叶轮机械》、《流体机械》,主编的高等学校化机专业核心课程教材《过程流体机械》被选为国家级精品教材,作为三位主编之一出版书《压缩机工程手册》。发表论文67篇,承担国家重点科研课题,自然科学基金等课题20项。参与集体奖项获全国科学大会奖、一、二机部奖、省级奖六项,个人获校教学优秀奖多项,荣获政府特殊津贴。

以下内容摘自姜培正个人回忆录《回忆》(西安交通大学出版社印制)中研究生一节。

1.为研究生论文选题

我(姜培正教授,下同)于1954年考入交通大学内燃机专业,在1956年适逢透平压缩机专业成立,听老师们介绍后觉得这个专业新且内容深,就在大三转入透平压缩机专业,于1959年毕业,成了该专业的第一批毕业生。从1960年开始攻读研究生,首先用了一年多的时间,通过听课和自学在外语(俄语、英语),数学(数理方程、特殊函数、复变函数、概率论、变分法),高等流体力学和唯物论辩证法、毛泽东思想等方面进一步加深了理论学习,从而在理论分析和计算能力方面打下了坚实的基础。

在进入学术论文研究阶段,首先是如何为研究论文选题。我的导师是在美国获得博士学位的苗永淼教授。他对我指导有方也很开明,尽量鼓励调动我的主动性,锻炼我的独立工作能力。他对我说论文选题一是要选学科领域中的前沿课题,二是根据咱们专业现有的实验设备和客观条件选题。他很强调读工科专业的研究生,一定要自己动手做实验,用自己的实验研究结果,结合理论分析来写论文。我根据他的指导,首先查阅了有关本专业学科的学报、期刊、杂志等文献资料,并到我们实验室查看了有关的实验设备和仪器仪表,还到上海有关的学校、研究单位查阅搜集资料。经过综合分析,与导师共同商定了论文的研究方向和内容是轴流压缩机的旋转脱离(亦称旋转失速)与喘振。该内容是研究轴流压缩机运转中由不稳定气流引起的机器振动,即将遭到破坏的一种特殊状态。美国在这方面研究了十余年,苏联、日本才刚刚起步,显然研究内容是当前的前沿课题,既新颖又有重要的应用价值。但其研究难度很大,且实验设备和仪器尚未完全达到研究所需的条件。所以有一定的冒险性。那就只有下定决心,克服困难勇于往上攀登了。

当时我们实验室刚新建的单级轴流压缩机实验台还缺关键部件:动叶片,所以无法运转。为了大力支持我的研究工作,教研室领导就派姚来根师傅带着动叶片设计图纸到沈阳空军科研所和沈阳鼓风机厂,一边学习,一边自己动手试做叶片。他不是用机床加工叶片(因为没有这样的条件),而是按照图纸,在叶片的几个高度上分别作出不同形状的叶片凹内曲线和叶片凸外曲线作为两套样板,然后用钳工修型的办法,将锻造好的铝合金毛坯,硬是慢慢地挫成了形状异常复杂的机翼型、并沿高度扭曲的叶片,一共做了二十多片叶片。真是慢工出巧匠,能人出绝活呀!于是单级轴流压缩机实验台就完全具备开车运转的条件了。我从心里非常佩服姚师傅克服困难的精神和高超的技能,决心要努力向他学习。

2.自制热线风速仪

做这种实验研究需要使用热线风速仪和一套仪器。这需要向丹麦的一个公司订购。那时我们既穷,也没有外汇,怎么办呢?只有自己想办法动手解决了。

我首先从学校仓库里领取了只有0.03mm的细钨丝,拿它来做热线风速仪。我将细钨丝用烧化的锡焊接在两根相距约10mm的钢针上。然而钨丝和钢针的熔点都很高,这一焊接工艺经过无数次的失败,甚至在试焊过程中细小的钨丝都找不见了,不知哪里去了。后来终于用钨丝两端镀铜并用硫酸液做焊接剂的办法才焊接成功。它同丹麦的热线风速仪基本上是一样的,真是令人高兴。

接着就是准备二次仪表。它其一是阴极射线示波器,其二是电信号放大器。我到处寻求支援,终于从热工实验室陈焕生老师那里借到了直流信号放大器,由我们实验室配备一组蓄电池做直流电源,于是就开始试用热线风速仪了。经做吹风实验,使迅速变化的风速吹向用直流电加热的钨丝,在示波器上显示的基本上是一条水平线,与单一风速吹向钨丝的平直水平线基本上差不多。它显示不出随风速变化而应该出现的跳动波形来。这样的实验结果算是失败了。这就如同给我头上猛地泼了一盆凉水一样,给我的打击是很大的,这该怎么办呢?我给导师苗先生做了汇报。他让我自己再想别的办法解决,一定要突破这一难关。我找实验室主任朱复中老师商量,两人又左思右想了好几天。我们觉得放大器示波器的放大值都已调到最大值了,他们是无能为力了(但是估计丹麦的放大器和示波器的信号放大值要比我们的大得多)。那只有在热线本身感受风速变化为热电压信号加以放大才行。这又该怎么办呢?在很长一段时间内,我想来想去搞得我饭都吃不好,觉也睡不着。可有一天突然猛地一下想出了要加大钨丝感受风速变化的电压信号,只有采取钨丝串联的累加办法。而钨丝怎么串联呢?于是我就找到两根小玻璃管,分别套在两根钢针上。先将钨丝焊在一根钢针的针尖上,然后围着两根玻璃管将钨丝一圈又一圈的沿着玻璃管的高度相隔一点距离地缠绕数十圈,再把绕好的钨丝焊接在另一根玻璃管下端的钢针上。这样不就能把给钨丝感受的电压变化的信号放大了数十倍之多了么。不过这一钨丝绕两根玻璃管转圈的工艺,既要绕的紧,又不至太紧崩断了钨丝,操作起来又经历了许多次失败。

将制作好的多道钨丝风速仪拿去做变化风速的吹风实验。结果随着风速变化的热线电压信号终于在示波器上显示出跳动的波形,而不再是一条水平线了!这也就满足实验所需的要求了。真可说是一个重大的技术革新与创造。大家都为此感到非常高兴。

为了这套热线风速仪器的制作与实验,我花了一个多学期的时间,白天夜晚都在实验室里工作。整个寒假也没有回家,而且索性拿着被褥居住在实验室里。包括动力机械系七个教研室、实验室,还有许多学生上课教室的整个大楼,就只有我一个人晚上住在里面。当时也没有暖气取暖,真道是既静又冷呀。

3.轴流压缩机工作轮旋转脱离与喘振的实验研究

使用一套交直流变电机组,由直流电动机驱动轴流压缩机工作轮旋转。这样就可以调节工作转速,使其达到5000/分。使用全压、静压、方向和三通四种空气动力探针沿各测量截面测量气流的全压、静压和流动方向角等,用孔板流量计测量流过的流量等各种测量手段,在压缩机运行时,调节出口阀门的开度在每个流量下进行各种测量记录,由此可绘制出压缩机运行的流量对应增压比性能曲线,以检查压缩机稳定工作状态下的性能是否符合设计要求。接下来将插入工作轮前后的多个热线风速仪通上直流电,起先在压缩机稳定工作状态下,热线在放大信号后的示波器上显示的大致是一条水平直线。调节管道后段的阀门开度,逐渐关小流道使其减小流量。到增压比达到最高值附近时,再减小流量压缩机的运转声音就会突然发生明显的改变,由正常平稳的高频哨声变为低沉混乱的杂音。压升突然下降,同时热线信号在示波器上出现了不稳定的流动着的波形,而这正是我们盼望已久的,显示出压缩机工作轮中的气流已进入了旋转脱离状态!再将调节流量的阀门逐步地关小,压缩机运转的声音变得更加低沉,并出现间断的嗡嗡雷声,示波器上显示的是混乱的且跳动更剧烈的一些线条,而这也是我们盼望已久的,显示出压缩机中气流进入了喘振状态!这时必须赶快停机或立即开大阀门使其回到大流量的稳定工作状态,否则会出现工作轮叶片断裂甚至整个机器遭到破坏。

上述的这种实验研究工作大约进行了一个学期,获得了大量有用的研究资料,而且这是国内首创的实验研究成果。

4.理论分析研究与书写论文

实际上理论研究工作从论文选题确定后就开始了,我结合搜集的国外资料和自己的实验研究内容一直在逐步深入地进行理论分析研究。最后反映在论文中的内容,在这里只能做一点简要说明。

论文建立了旋转脱离状态的动量方程,分析了当流量减小到气流刚进叶道的冲角达到临界值后,在工作轮叶道中就会出现若干叶道中的气流脱离(或称失速),形成了旋涡区。而另一些叶道中气流仍处于正常的稳定流动状态。然而这种若干叶道的气流旋涡区还在叶轮中沿周向旋转。于是就呈现出所谓的旋转脱离状态。由此进一步分析,可计算出在一个圆周中沿周向分布的脱离区的个数、每个脱离区占据叶道的个数、他们相对旋转工作轮的相对运动速度和绝对运动速度。再进一步分析指出,这种旋转脱离状态会导致对工作轮叶片的交替冲击而造成叶片的振动。如果这种振动的频率与叶片本身的固有频率相同或相近,则会引起叶片的共振导致叶片断裂破坏。显然这对机器来说是十分危险的。

论文还分析表明,当流量再度减小,气流在叶轮中的全部叶道中都出现了脱离区,这就造成了严重的堵塞。于是叶轮后高压力的气流就被关小的阀门堵住,则大部分气流只能倒流过来将叶道中的脱离气流冲到管道进口之外,紧接着另外的气流又从进口流到叶轮,气流在叶轮中出现全部脱离状态,又出现出口处的气流倒流,由此就形成了整个管道和叶轮中反复出现忽而倒流忽而正流,这就是所谓的喘振状态。全部气流正、反方向交替的冲击叶轮中的叶片,使叶片遭到高强度的冲击振动,甚至几秒钟的时间就可能使叶片断裂、机器破坏。因此一旦出现喘振状态,就必须马上停机或立即开大阀门而增大流量,使其退出喘振状态,绝不允许机器在喘振状态下停留。

分析指出在冶金、化工等民用企业所用的大都是多级轴流压缩机,其压力比大,功率大。如出现旋转脱离或喘振状态,对机器的破坏是非常严重的。因此在运行中必须控制好流量绝不允许出现这两种状态。民用军用的喷气式飞机中,发动机中的轴流压缩机一旦流量减小到出现喘振时,将把后面燃烧室中的火焰倒流喷到压缩机中,将使发动机遭到更为严重的破坏,因此更应严防这种情况的出现。

论文于1963725日写成。整个论文包括论文选题与前入所做的工作、实验研究、理论分析、应用价值等各个部分。导师苗先生看了后非常的满意,略加修改审核成文后,就开始准备论文毕业答辩了。

5.毕业论文答辩

论文发送给有关高校、研究院所和工厂征求意见。然后邀请北京航空学院发动机系的崔济亚教授(北航一级教授)、西北工业大学七系主任王宏基教授(曾任解放前老交大航空工程系主任),并由本校动力机械系的系主任陆振国教授、江宏俊教授、向一敏、程迺晋及我的导师苗永淼等专家组成了论文答辩委员会。

北航的崔教授是留学英国的博士。他提前来到交大,并提出要我陪同他参观实验室。他上午到实验室观察了一番后,让我演示一下多道热线风速仪的制作。我仔细耐心熟练地一次将它做成功了。然后他又让我将它做吹风实验。我先是让他观察到热线的水平信号,然后再显示出跳动的波形信号。他仔细地看着我的制作与实验,感到十分惊讶有趣,总是念叨着真有意思,真有意思。下午他让我做压缩机的运转实验,演示启动——正常运行——旋转脱离——喘振——停机等各种工作状态。他跟着我观看开机、调节流量阀门开度、观察记录各种仪表的测量数据,特别注意观察示波器所显示的波形,仔细听压缩机各工况的声音变化,感到非常惊奇,说很有意思,很有意思。还对我说很好,很好,很有收获。又接着对我说,我们北航连个压缩机实验台还没有呢,更别说是做出这样复杂多变的实验来了。这时我才明白了,怪不得他总是表现出十分惊奇的样子,而并不是怀疑我写的论文中有假。

1963年1012日我系召开了论文答辩会,论文答辩进行得十分顺利。我用了约30分钟介绍了论文研究的内容,又用了约20分钟回答教授委员们提出的各种问题。答辩委员会讨论一致通过了我的论文答辩,并写出了评价很高的评语。其中特别强调指出论文中有创造性的研究成果,论文及论文答辩成绩均评为优秀。

在论文答辩会快结束的时候,北航的崔教授十分感慨地说,你们交大培养研究生的工作做得很好,你们把国际上重要的学术前沿课题,军工上重要的研究内容都搞出了新的研究成果来了。答辩之前我专门观看了你们的实验室,让研究生姜培正亲自演示给我看他的各项实验研究内容。我并不是怀疑他的论文有什么虚假的内容,而是想亲自看看我还从来没有看到过的新成果。姜的研究成果真是动人出色!各委员教授们都很赞同他的说法,讨论得很是热烈。

当时我国正处于六十年代初期,突出强调的是狠抓阶级斗争,一方面批美帝和苏修,另一方面是批国内的右倾机会主义和资产阶级思想。所以在教育领域里不敢提培养博士、硕士,只笼统地提培养研究生高等人才。但学校领导提出的要求是,研究生们必须研究出符合国外博士论文水平的高质量论文来。最后发给我们的是研究生毕业文凭。后来填表时我们的文化程度一律写的是研究生毕业。直到改革开放之后,才有硕士生、博士生、硕士学位、博士学位这种说法。但不管它是怎么个说法了。当时国家正处于困难时期,老百姓连温饱都成问题,还给我们创造条件,让我们专心致志地学习研究,向上攀登,能有这样的机会实在是极为难得的。所以我总是感谢祖国,感谢党,感谢学校领导,和导师苗先生。因此我总是认真学习、专心研究、克服困难、勇于攀登。研究生期间培养成的这种意志力,这种为人做事勤奋求实的作风,使我受益终生。