航空预研的开路先锋—— 记中国科学院院士、航空气动专家 李天

文/ 晓钟

国际风云起伏变幻，南海形势风起云涌。在美国先进的F-22飞机和“尼米兹”级核动力航空母舰在全球耀武扬威炫耀军事实力的时候，国人肯定期待有自己的“撒手锏”能捍卫国家的疆域。为了使安定生活的人民，在强盗来犯时扬眉吐气，我们的军事装备科研人员从未放弃自己的努力。李天就是这样一位航空预研课题的领军人物和开拓者。他致力于我国航空飞机空气动力学、隐身技术以及气动/隐身交叉学科领域的预先研究和工程应用，为我国新一代先进战斗机发展作出了突出贡献。他还在推力矢量、舰载机特殊技术、飞推控制和高生存力等航空领域的尖端技术方面做出了卓有成效的研究，解决了许多技术难题，为我国航空武器装备的强大和发展奉献着聪明才智。这样一位不平凡的人，当年竟然和飞机设计大师顾诵芬一道工作，他把自己的成长和进步归咎于顾总的深深教诲和巨大影响，从他的足迹中，我们能感受到他献身航空的情怀。

李天高中毕业照。

从喜爱数学到喜爱航空

1938年10月2日，李天出生于吉林省吉林市一个普通的教师家庭。爷爷少年时在辽宁锦西读过私塾，青年时期到吉林市创业经商，开办自己的杂货铺，解放后停业在家。他的父亲毕业于伪满国高，在吉林市任中学语文老师，解放后从中学调到长春师范专科学校任教。母亲身体多病，早年去世，留下五个子女，李天是唯一男孩。母亲去世后父亲再婚，其继母又生有二女一子。由于家庭孩子多，其继母还要供养自己父母，全家靠父亲一人工资养活，生活比较艰苦。李天从小受到宠爱，是在爷爷奶奶照顾下长大的。但家庭经济的拮据生活也培养了他的节俭和自立能力，使他从小对生活没有更高的要求，善于理解和体谅别人的不易，知道靠勤奋和刻苦争取人生的目标。

李天的小学是在吉林市德二完小读的，其前身是毓文中学。毓文中学文化蕴藉厚重，历史悠久，解放前马骏、楚图南、尚钺、郭沫若等革命家和学者曾在此执过教，金日成1927年至1930年在此读书并从事革命活动。教书的父亲是李天的天然老师，他经常将一些书借回家让李天看，不懂的地方就给李天讲解。从四年级开始，他每学期考试都排在前一二名，小学毕业时，他以第一名的成绩被学校保送到吉林省重点学校实验中学初中部。儿时养成的读书习惯，使他在初中更加热爱读书。他除了读书外，还培养了课外体育活动的兴趣，练习跳高和短跑；对足球和乒乓球的重要比赛实况转播，几乎每场不落。

1954年他以全校第二名的优异成绩考取了吉林实验中学高中部。1955年吉林实验中学随省政府从吉林市迁到长春市，李天随校到长春上学。高中阶段是青年人富于幻想的时期，这时国家组织科学家制定十二年科学技术发展远景规划，党号召“向科学进军”，李天从报纸和杂志上看到钱学森、华罗庚、钱伟长、钱三强等著名科学家的事迹和贡献，受到很大鼓舞，更加发奋学习。当年他读了一本《星际来客》的科幻小说，神秘外星人造访地球以及火星是否存在人类的争论，激起他看了大量航空航天的书，他开始关注各国飞机的研制与发展，并把兴趣转向流体力学和空气动力学方面。高中时期他的学习成绩一直名列前茅，每年都获得“最优等生”称号。

1957年是李天的高考年。这一年教育部高考招生大大缩减，原留苏预备生当年不送苏联而改为保送上国内北大、清华，严峻的形势成了一直想报考清华的李天的极大挑战。但是当他看到学校招生专业介绍清华大学有工程物理系时，在报名志愿表上还是毫不犹豫地填写了清华大学的这个专业。当时清华大学在吉林省只招20个名额，由于高考成绩优异，他如愿以偿考上了自己理想的专业。

工程物理系分三个系，李天被分到工程力学数学系中的流体力学专业。这恰好与他兴趣热络的航空事业相吻合。主课都是在阶梯大教室上，入学时他的眼镜已达400度，为了能在前几排找到座位，早饭他常常买个馒头加点咸菜边走边吃去占座位。吃过晚饭，他又背上书包往图书馆跑，晚自习他都在那里度过，去晚一点就没座位了。周日和节假日也都是泡在图书馆。他的第一门外语是俄语，大四以后开了第二门外语——英语。毕业他写的《用渐进法优化压气叶栅翼型》的论文具有一定的创新性和工程应用价值，经答辩获得了优秀成绩。

启航之路不平坦

毕业后，他被分到沈阳解放军总字922部队（即国防部六院一所，后来的601所，沈阳飞机设计研究所），投笔从戎，迈上了航空科研事业之路。不久他的工作定在了气动研究室导数组。

1963年下半年，一所正处在“摸透米格-21”的阶段，导数组的任务是建立一套实用的工程计算方法，通过模型风洞试验结果对比来验证仿制歼7设计的正确性。当时飞机的静导数方法已经建立，但动导数，即与飞机的俯仰、滚转、偏航角速度变化相关的力和力矩导数还未建立。这个任务就交给了李天。当时顾诵芬是室里唯一的少校工程师，负责指导操稳组、导数组、载荷和性能组等专业的工作。他给了李天十几篇美国NACA有关这方面的报告、文献，让他参考找出其中好的计算方法。这些参考资料不像今天有现成的电子书库，电脑中一调就可打印出来，也不能在图书馆中查阅，多是在照相机拍的黑白胶卷制成的缩微卡中，需要在特制的显微阅读仪上阅读，全所只有三台这样的仪器，集中放在一间暗室供大家使用。为了赶任务，李天每天一上班就到黑暗的阅读仪房间阅读英文资料，一坐就是上下午8个小时，晚上到办公室整理归纳一天的收获。他查阅了近百篇有关资料、文献和计算报告，经过一个多月的综合分析、公式推演、算例验证，终于建立起一套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，为新战斗机的气动布局设计提供了必要的手段。

李天与顾诵芬及有关科研人员在机库留影。

1964年，按照总政的规定，他们这些刚到岗的部队大学生又被下放到基层锻炼。李天到大连沙河等机场作机务兵，从事飞机维护和保养，同年10月，又按上级通知参加了农村“四清“运动。他所在的工作队住在老乡家，与农民同吃同住同劳动，晚上要访问贫下中农或参加开会，直至一年后的1965年4月，他才回所继续参加型号研制。

但很快“文化大革命”开始，单位先是掀起“破四旧”、揪“走资派”的造反浪潮。1970年，一所的几十人被作为“五七大军”下放到辽宁绥中插队落户，李天也被列为其中。他被下放到加牌岩公社东稍树大队东道子小队的山沟里劳动，其爱人王景翰也从黑龙江商学院调出随他一道下放，当时他们的儿子刚满一岁。艰苦的山沟插队生活没有磨砺掉李天对专业知识的追求，他一方面被当地教育局安排在中学教数学、物理，一方面期盼着春天的到来。1972年下半年，所里部分下放的同志开始陆续回所工作了，却一直没有李天的调令。李天琢磨可能是所里对他爱人的工作安排遇到了问题，于是他给时任611所副所长的谢光去信，希望他和爱人一起去611所工作。不久就收到回信，欢迎他来成都工作，家属工作也可安排。果然，一所为王景翰的工作安排正在联系中，1973年2月，所里决定调李天和王景翰同时回所工作。李天被列入新的科研起跑线上。

新机气动布局的开拓者

三年的插队生活，是对李天信念的一次严峻考验，艰苦的农村生活没有动摇他报国航空的高远志向，回到所里，他很快投入到歼8的设计定型工作中去了。

李天在检查指导科研课题进度。

歼8定型有几个关键问题没解决而影响定型，其中之一就是放减速板振动大的问题。为解决此问题，所里成立攻关组，任命李天为组长。李天通过低速风洞流态观察发现，振源来自减速板后的气流分离及从减速板两侧形成类似卡门涡街的漩涡，当这种漩涡从平尾附近流过时，容易引起平尾的结构性响应而使飞机产生强烈振动。他提出采用在减速板上开孔的办法消除振动。然而孔的形状、大小、位置成了设计的关键。为获得定量结果，李天领导攻关组在国内首次开展了在高速风洞中对减速板开孔进行系统减速增阻的研究。李天设计了多种开孔方案，通过试验得到了既满足增阻又不产生强烈振动的减速板开孔方案。拿出6种方案进行装机上天试飞验证，最终通过试飞员的感觉选出了一款高效率的减速板方案，很好地解决了歼8定型中的这个拦路虎。这项成果获航空工业部科技进步二等奖，李天排名第一。

歼8飞机定型后，总设计师顾诵芬提出为装大口径雷达，将歼8机头进气改为两侧进气，形成了歼8Ⅱ方案。李天与顾诵芬商量，因歼8垂尾面积已很大了，不能再加大面积，最好将原两片侧向小腹鳍改为单片大腹鳍，但为防止着陆檫地，必须做成收放式的。经过计算分析和多种方案选择，又通过高速风洞试验选型，李天最后选出了一种腹鳍方案。经顾诵芬批准列入飞机设计，在试飞中表明了此方案的正确性，保证了歼8Ⅱ顺利定型。

歼8Ⅱ装备部队后，空军看好这种飞机，不仅将5个挂架改为7个挂架，而且希望能挂各种空地武器。这样就增加了飞机重量，外挂物的尾流还严重影响平尾效率，增大飞机起降速度。为了使空军的要求得到系统满足，时任总师办气动副总师的李天，提出破除俄罗斯中央流体动力研究院的对小展弦比三角翼飞机的后缘襟翼的偏度不能超过24.5度的框框。他查阅资料，研究襟翼偏度与最有利缝隙大小的密切关系。通过低速风洞选型试验，证明小展弦比三角翼飞机的襟翼偏度通过控制襟翼缝隙大小可以增大到30度，并选出了在此偏度可获得最大升力的最佳襟翼缝隙的尺寸。该方案可使着陆升力系数增加20%左右。顾诵芬批准了这一改进方案，经试飞这种襟翼可使飞机起降速度降低10%。

空军决定在歼8Ⅱ上挂装新型中程拦射导弹。为了保证飞机飞行中安全发射，顾诵芬决定去法国宇航院莫当1.75米跨超声速风洞做捕获轨迹试验，这项试验所里决定由李天带队。经过赴法10天试验圆满完成任务回国。为了能用理论计算方法模拟飞机与导弹的相对运动，李天在先进气动布局课题里还设立了这个题目，经过四年多努力，开发出了能计算飞机发射导弹时导弹相对飞机的运动轨迹软件，此软件获得了航空工业部科技进步二等奖。

除了歼8、歼8Ⅱ之外，李天还参与了歼8Ш和歼8出口型等歼8系列飞机的研制，期间还进行过歼9、歼13、轻型轰炸机和垂直起落飞机、舰载技术的设计工作。

1974年根据顾诵芬的提议，李天所在的气动室组成课题组，开展飞机边条翼布局方案研究，李天是课题组成员之一。

三位从601所走出来的院士李天、顾诵芬、李明。

1993年初，上级决定引进苏-27飞机生产线。经过谈判，只卖给中国生产图样，设计资料一概不卖。为了掌握苏-27的气动设计思想和气动特性，李天作为气动副总师，组织和领导气动室设计人员进行摸透工作。苏-27是边条翼融合体布局，由于我们在预研课题中已有这方面的技术储备，加之通过风洞试验摸透了该飞机做快速俯仰“眼镜蛇机动”的重要机理，一个个气动难关被随之攻克，从引进苏-27飞机组装到歼11研发成功，李天为空军现代化发展做出了贡献。

李天还是以航空母舰为起降场地的舰载飞机技术预研的发起人。601所承担了五项舰载飞机特殊技术研究为型号飞机设计作技术储备，经过30多年的积累和几个五年规划的预研，基本掌握了设计舰载飞机的特殊技术，同时培养了一批年轻的技术带头人。

航空预研领军人

我国军用飞机发展到20世纪80年代中期，已具有一定实力，歼7、歼8已大量装备部队，歼8Ⅱ也研制成功，相当于国外第三代战机的歼10启动研制。先进气动布局的预研，在“六五”期间已完成对前掠翼、边条翼及近耦合前翼的系统研究，部分成果已用于新歼设计之中。在此基础上，航空工业部经专家论证提出“七五”期间先进气动布局的研究，要以国外正在发展的第四代先进战斗机为目标，率先开展超声速巡航、高机动、短距起落先进气动布局的研究，缩小与国外航空技术发展的差距，为新一代飞机的设计提供技术储备。

601所经国防科工委批准，以李天作为课题负责人，开展了《超声速巡航战斗机布局》为题的先进气动布局预先研究工作。20多年来，课题组针对当时和未来飞机型号研制的技术难点，根据不同时期提出相应的必须攻克的技术难关，并针对当时型号研制和课题发展要求开发了一批特种试验设备和计算软件。为新一代飞机气动布局设计打下了基础，同时为现役战斗机的改进提供了实用的设计方法。

上世纪80年代，隐身技术应用到陆海空天各种武器装备上，国防科工委1985年底将隐身技术列为高技术预研课题。1986年7月，航空工业部把隐身技术预先研究作为总承包下达给601所，按合同制的管理办法组织部内三大院校及专业研究所完成预研任务。所里决定由副总师李天为隐身技术研究总承包负责人。

作为国家安排的重点预研课题，为了管理好、落实好预研任务，李天从任务分担、协调、进展、质量、资料收集、经费管理以及关键内容的研究和重点课题大型试验验证等做了大量工作。通过近10年的飞机隐身技术预研，雷达隐身的机理、理论分析方法、隐身材料技术研究已取得了一批成果。随着美国F-117A飞机在两次海湾战争中的优异表现，新一代战机预研被列为“九五”隐身预研的主要方向。李天把新机研制的目标确定为“发展综合与平衡的隐身，即尽最大努力追求高隐身水平的同时，兼顾飞机的气动性能”。确定了“自外而内、由强到弱、材料工艺结合”的隐身预研攻关路线。“十五”期间，他领导课题组以新一代飞机的隐身设计为重点，开展外形（含进气道）及计算方法研究。他提出并领导了气动/隐身一体化设计研究，建立了我国第一个气动隐身优化程序，并用于新机设计中。他和课题组一起设计的新机隐身性能经试验测试达到世界先进水平。2005年11月，在总装备部组织的专家组对601所、611所和北航等十几个单位隐身预研成果的验收评比中，李天领导的课题组获总分第一名。以新一代飞机隐身方案设计为核心，利用“九五”、“十五”两个五年规划，李天领导隐身课题组先后完成十几个布局的隐身设计方案，组织完成了十二大关键技术方向的隐身研究，建立了比较完整的隐身飞机设计知识体系和设计流程，形成了一大批具有工程使用价值的研究成果，并将这些成果编写成《飞机隐身设计指南》，为新一代隐身战斗机设计和三代机隐身改进准备了条件。

从“七五”开始，李天就主持领导了航空预研课题的研究工作，通过先进隐身飞机气动布局研究，开拓性地解决了气动与隐身在布局设计中的技术难点，在飞机气动设计专业领域，他创造性地解决了飞机设计研制过程中的多项空气动力学重大技术问题，在推力矢量、舰载机特殊技术、飞推控制和高生存力等方面也做出了卓有成效的研究，解决了很多技术难题。目前，他还在为我国航空领域2030规划和“十二五”重点预研项目论证承担着重任，还与顾诵芬院士等提出发展我国变体飞行器及空天技术的建议，因此，他是航空技术的预研先锋，是航空前沿学科研究的倡导者和实践者。

2005年10月，李天当选为中国科学院院士。这时的他已是年近70的人了，按理说，奋斗了一生，功成名就，年轻时的理想实现了，可以享受一下工作以外的生活了。但是，几十年来，除了主管某些型号工作，绝大部分的时间和精力都在搞预研课题等基础理论研究工作的李天，对空气动力、隐身技术和飞机总体综合设计宽泛知识积累的造诣、对国际上相关先进技术研究进展的敏感、对侧重总体统筹和工程可实现性的顶层思维以及对新技术新领域勇往直前的攻关精神，使他难以停下前进的脚步。他把智慧锻造成阶梯，留给后来的攀登者。他目前是中国航空研究院和北京航空航天大学的博士导师，是西工大国防科技重点实验室学术委员会主任，是清华大学航空工程学院和南京航空航天大学的兼职教授，曾培养了1名博士后，13名博士，23名硕士。他希望利用余年多为祖国培养一些预先研究型人才，把自己的知识和经验传授给新一代航空人，为航空事业的明天准备栋梁之材。（本文改编自《情志蓝天——记航空气动力专家、中国科学院院士李天》，航空工业出版社，2011年4月出版。）