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  • 郭永怀

    郭永怀(1909年4月4日—1968年12月5日),男,山东荣成人,中共党员。著名力学家、应用数学家空气动力学家中国科学院学部委员(即中国科学院院士),近代力学事业的奠基人之一,中国科学技术大学化学物理系首任系主任。郭永怀长期从事航空工程研究,发现了上临界马赫数,发展了奇异摄动理论中的变形坐标法,即国际上公认的PLK方法,倡导了中国的高超声速流、电磁流体力学、爆炸力学的研究,培养了优秀力学人才。担负了国防科学研究的业务领导工作,为发展导弹、核弹与卫星事业作出了重要贡献。1999年被授予“两弹一星荣誉勋章”,是该群体中唯一一位获得“烈士”称号的科学家。2018年2月,十大感动人物人选。

    编辑摘要
    词云

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 郭永怀 出生日期: 1909年4月4日
    性别: 籍贯: 山东荣成
    出生地: 山东荣成 民族: 汉族
    国籍: 中国 去世日期: 1968年12月5日
    职业: 物理学家,应用数学家 毕业院校: 南开大学,北京大学,加州理工
    政党: 中国共产党 代表作品: 《可压缩流体二维无旋亚声速和超声速混合型流动和上临界马赫数》

    目录

    人物生平/郭永怀 编辑

    早期经历

    郭永怀(1909年4月4日-1968年12月5日)郭永怀(1909年4月4日-1968年12月5日)
    郭永怀,1909年4月4日出生于山东省荣成县。郭家世代务农,父亲郭文吉粗通文墨。1918年,9岁的郭永怀在三叔郭文秀开办的学堂里读书识字。1922年,在石岛镇明德小学就读高小。1926年,他以优秀的成绩考取青岛大学附中。1929年夏,进入南开大学预科班学习。由于他勤奋好学,所以名列前茅。他还同胡世华陈振汉等组织了一个新颖的读书会——微社,切磋砥砺,钻研学问。1931年,郭永怀转入本科,攻读物理。由于他对光学感兴趣,于1933年转到北京大学物理系学习。1935年毕业后,他留校任助教兼做研究工作,曾和吴大猷等一起研究过喇曼效应。抗日战争爆发后,郭永怀曾回家乡威海任教。1938年威海沦陷,郭永怀又辗转到昆明西南联合大学半工半读,研究过湍流理论。在青少年时期,他先后得到过顾静薇饶毓泰周培源等教授的指导,所以不仅具备了坚实的数学物理基础,而且也确立了“科学救国”的思想。


    学业有成

    1939年,郭永怀以优异成绩考取了中英庚款留学生。经过一些波折,于翌年9月到加拿大多伦多大学,在应用数学系主任辛格指导下从事研究。他仅以半年时间就完成了《可压缩粘性流体在直管中的流动》的论文,并获得了硕士学位。他的出色工作受到导师辛格的赞赏。1941年5月,他又来到当时国际空气动力学的研究中心——美国西岸加州理工学院古根海姆航空实验室在航空大师卡门教授的指导下工作。他主动提出要进行当时空气动力学的前沿问题——跨声速流下连续解的研究,并于1945年获得博士学位。在留学期间,由于有名师指导和良好的研究环境,加之他本人的刻苦努力,为他在以后10年的研究工作取得丰硕成果奠定了基础。

    1946年,西尔斯在康奈尔大学创办航空研究院。他特聘郭永怀前去参加业务领导工作,历任副教授、教授之职。实际上,郭永怀在这10年间是当时康奈尔大学航空研究院的三个主持人(即西尔斯、郭永怀、康脱洛维茨)之一。这10年也是郭永怀从事科学研究的黄金时期。他着重对跨声速理论与粘性流动进行了深入的研究,先后发表了《可压缩无旋亚声速和超声速混合型流动和上临界马赫数》(与钱学森合作)、《关于中等雷诺数下不可压缩粘性流体绕平板的流动》、《弱激波从沿平板的边界层的反射》等重要文章,解决了跨声速流动中的重大理论问题。与此同时,为了解决边界层的奇异性,他改进了庞加莱、莱特希尔的变形参数和变形坐标法,发展了奇异摄动理论。为此,钱学森于1955年在《AdvancesinAppliedMechanics》杂志上发表文章,将这一方法命名为PLK方法。值得一提的是,郭永怀在50年代初就注意到离超声速流动这一方向,研究了高超声速激波边界层干扰和离解效应。郭永怀因在空气动力学与应用数学中的研究成果而驰名世界 。

    报效祖国

    郭永怀(左)在实验室郭永怀(左)在实验室
    在国外工作期间,郭永怀一直在等待机会,要用他的科学知识为祖国服务。抗美援朝战争结束后,在中国政府的努力下,终于出现了这种机会。这时,郭永怀毅然放弃了在国外的优越条件与待遇,于1956年11月回到了阔别16年的祖国,并立即投身于轰轰烈烈的社会主义建设事业。

    在国内工作的12年期间,他把主要精力放在组织、领导国内的力学与国防科研上,并先后担任了中国科学院数学物理化学部学部委员、力学研究所副所长、二机部九院副院长、中国科学技术大学化学物理系主任、国防科委空气动力学专业组成员和空气动力学研究院筹备组副组长、中国航空学会副理事长等职。1956年,郭永怀参加了制订“国家科学技术发展十二年规划”,担任了力学专业副组长。他和力学界的其他专家一起审时度势,分析国际上力学研究的动向,并根据中国的国情,制订出学科近期发展规划与远期奋斗目标,确定高等学校力学专业的培养目标与课程设置,为中国随后若干年的发展方向确定方针大计。规划的实施使中国的力学研究从解放初期只有少量理论工作的状况发展到能够通过现场测试、大型实验、数值模拟和理论分析等多种手段进行重大项目研究的现代力学阶段。

    郭永怀回国以后,就身体力行倡导高超声速流动、电磁流体力学和爆炸力学等新兴领域的研究。他亲自参加力学所电磁流体组每周一次的学术讨论会;60年代初,他组织了北京地区高超声速讨论班;他一方面要求大爆破问题组人员踏踏实实地学一本书,一方面又鼓励大家深入实际。他指导研究生从事这些新方向的理论与实验研究。对于新学科方向的发展,他提出了许多重要思想和精辟的见解。

    国防元勋

    两弹之星郭永怀两弹之星郭永怀

    1964年10月16日下午3时,中国的第一颗原子弹试验成功。

    1965年9月,中国第一颗人造卫星的研制工作再次启动,郭永怀受命参与“东方红”卫星本体及返回卫星回地研究的组织领导工作。

    1970年4月24日,在郭永怀牺牲一年多后,中国第一颗人造卫星发射成功。
    在核弹武器化的后期研究中,郭永怀相继提出了一些具有独到见解的主张,后来的实践一次又一次地证明了郭永怀这些主张的科学性和严密性。1966年10月27日,中国第一颗装有核弹头的地地导弹爆炸成功!
    对氢弹,郭永怀也从结构形式、弹体重量、减速装置等方面提出了一些科学见解,从而保证了中国第一颗氢弹空投试验的圆满成功。1967年6月17日,中国第一颗氢弹空爆试验成功。

    以身殉国

    1968年10月3日,郭永怀又一次来到试验基地,为中国第一颗导弹热核武器的发射以及从事试验前的准备工作。1968年12月4日,在青海基地整整呆了两个多月的郭永怀,在试验中发现了一个重要线索。他要急着赶回北京,就争分夺秒地要人抓紧联系飞机。他匆匆地从青海基地赶到兰州,在兰州换乘飞机的间隙里,他还认真地听取了课题组人员的情况汇报。当夜幕降临的时候,郭永怀拖疲惫的身体登上了赶赴北京的飞机。5日凌晨,飞机在首都机场徐徐降落。在离地面400多米的时候,飞机突然失去了平衡,坠毁在1公里以外的玉米地里。
    当人们辩认出郭永怀的遗体时,他往常一直穿在身上的那件夹克服已烧焦了大半,和警卫员牟方东紧紧地拥抱在一起。当人们费力地将他俩分开时,才发现郭永怀的那只装有绝密资料的公文包安然无损地夹在他们胸前。
    据国务院工作人员后来回忆,郭永怀飞机失事的消息第一时间传到国务院,总理周恩来失声痛哭,良久不语,随即下令彻查这一事故,并指示《人民日报》发布这一不幸的消息。此时郭永怀刚满59岁,22天后中国第一颗热核导弹试验获得成功,此前郭永怀这位以空气动力学研究驰名世界的科学家,为准备这次试验在青海整整呆了四十五天。
    郭永怀牺牲的第22天――1968年12月25日,中央授予他烈士称号。同日,中国第一颗热核导弹试验获得了成功!   
    1999年被授予“两弹一星荣誉勋章”,是该群体中唯一一位获得“烈士”称号的科学家。

    主要贡献/郭永怀 编辑

    攻克“突破声障”的理论堡垒
    两弹元勋郭永怀两弹元勋郭永怀
    1908年,莱特兄弟实现了人类飞行的梦想。到二十世纪三四十年代,飞机平均时速达到了三四百公里,人们正在为进一步提高飞行速度而奋斗。这是航空发展史上第二个里程碑。为了提高飞行速度,在技术上遇到了极大的困难,也就是说,当飞机以接近于声速的速度飞行时,阻力剧增,升力骤降,头重尾轻,舵面失灵,甚至机翼、机身发生强烈振动。因此,跨声速流是当时摆在力学家和航空工程师面前的一个艰巨课题。人们形象地称这一难题为“声障”。

    郭永怀对跨声速流动不连续解的研究不仅在数学上有创见,即采用了渐近分析方法来克服超几何级数收敛缓慢的困难,更重要的是,他与钱学森一起,在《可压缩流体二维无旋亚声速和超声速混合型流动和上临界马赫数》一文中提出了所谓“上临界马赫数”的概念,回答了机翼上何时会出现激波这个重要的理论问题。所以,真正有实际意义的是上临界马赫数,而不是下临界马赫数。这是一个重大的发现。郭永怀还进一步用稳定性理论解释实际临界马赫数会介于上下临界马赫数之间的原因,这也是对高性能气动外型的设计的先驱性工作。

    在这一时期,已有的简化模型只在速度型上逐步接近实际,但均未考虑粘性效应,所以至多给出定性结果。郭永怀用两种不同途径直接考虑了弱激波从平板边界层的反射,得到了平板上压力分布、流线曲率、分离点等物理量的变化规律,包括层流与湍流边界层的情况。他的结论同里普曼的实验结果十分一致。这对于机翼上出现激波后,气动特性的变化的分析研究具有深远的意义。

    发展奇异摄动理论

    在20世纪40年代,由于计算机的发展还处于初级阶段,而在流体力学中只有罕见的几个准确解,所以,寻求物理问题的近似解析解颇受青睐。摄动理论就是求物理问题近似解的一种有效手段,所以也得到了相应的发展。

    但是,在应用摄动法时,所得到的解往往不是在整个区域中一致有效的。为了克服这一困难,奇异摄动理论应运而生,奇异摄动理论最常用的两个方法是匹配渐近展开法和变形坐标法。郭永怀在这两个方面都有贡献。郭永怀还推广了庞加莱的变形参数法和莱特希尔的变形坐标法,使它对于一阶方程即使是非线性的情况也适用。他还将边界层方法同变形坐标法结合起来,以消除边界层前缘的奇异性。在郭永怀的《关于中等雷诺数下不可压缩粘性流体绕平板的流动》一文中,不仅克服了前缘奇异性的困难,给出了有限长度平板二阶阻力公式,使适用范围扩展到Re=15左右,而且准确地描述了平板前缘附近缓慢流动的流场特性。PLK方法在力学和其他学科中得到了广泛的应用。现在,摄动理论成为比较完整和系统的学科,郭永怀则是这门学科最重要的十几位理论奠基人之一。

    开拓中国的近代力学事业

    高速飞行器

    20世纪50年代,由于航天技术的迅速发展,促进了高超声速空气动力学的发展。1957年,郭永怀在《现代空气动力学问题》的报告中,指出高超声速空气动力学应该是中国随后一个时期的重点研究方向。他和钱学森极力倡导在国内开展高速、超高速空气动力学、电磁流体力学和爆炸力学等新兴学科的研究。为了将这些领域的研究铺开,他在北京组织了高超声速讨论班,研究探讨了许多前沿领域的重大课题,对中国高速飞行器的研究有着重要的指导意义。 

    磁流体力学

    20世纪中叶,由于能源危机迫在眉睫和高速流动中电离现象的出现,磁流体这门新学科引起了国际上的广泛关注。郭永怀抓住这一苗头,于1961年在力学所筹建并领导了磁流体力学研究室。他为这个室选定了三大研究课题:磁流体和等离子体稳定性;磁流体直接发电;同位素的电磁分离。他还以敏锐的眼光指出磁流体发电原理应当和原子能技术结合起来。这是很富有创造性的思想。

    培养科技人才

    早在回国以前,郭永怀就同谈镐生探讨过回国后如何培养力学人才的问题。回国后,他始终把培养科技人才当作头等大事来抓。

    1956年,中国恢复建立研究生制度。郭永怀积极筹划力学所的研究生培养。在第一批招生中,他一人就带了5名研究生,以后又亲自带过几批。他主张:培养人才要“言教、身教,以身教为主”。在教学和科研中,他自己做表率,经常同年轻人一道解决一个个具体的技术问题。在培养研究生和助手时,他注重使他们在理论分析和实验研究两个方面都得到提高。他对年轻人的指导和帮助是启发式的、循序渐进的,重点强调掌握科研方法,提高科研本领,而不仅仅是解决某些具体问题。在他的培养下,研究生中有不少已成为所级学术领导人或博士研究生的导师。  

    郭永怀在培养人才方面不遗余力。1958年,他兼任中国科技大学化学物理系主任和北京大学数学力学系教授,讲授高速边界层。执教中,每堂课都凝结了他的心血。他评论和分析学者们成功与失败的经验,使初入门的研究人员都深受启发,甚至终生受用。在讲到求解各种形式的NS方程时,他总是眉飞色舞,侃侃而谈,指出采用什么样的变换有希望获得成功,走哪一条路是徒劳的,会遇到什么问题,症结何在。凡听过他课的人都感到回味无穷。
    郭永怀是一位优秀的教育家。他将自己比作一颗石子,甘愿为青年人的成长铺路。他深感大批培养优秀人才是我国科技事业发展的重要保证。培养学术接班人这一艰巨任务在他的工作安排上占有突出的地位。他的一言一行都体现了这一点。1961年,他曾写道:“当前的打算是早日培养一批骨干力量,慢慢形成一支专业队伍。”随后他欣慰地说:“由于几年的工作,已经见到效果。”

    献身核武器事业
    郭永怀两弹一星元勋郭永怀

    1960年5月,郭永怀被调到核武器研究院(九院),并兼任该院副院长。他在处理好力学所日常工作的同时,把大量精力花费在研制核武器这项对中国政治、国防和科技发展有重大意义的事业中。在原子弹研制初期,郭永怀主要负责力学方面的领导工作。

    在原子弹理论探索阶段,郭永怀对一些关键问题的解决作出了重大贡献。例如,当时在第一颗原子弹采取什么样的引爆方式上存在不同意见,郭永怀通过比较两者的优劣,大力支持“争取高的,准备低的”的方针,即以较高级的“内爆法”作为主攻方向。又如,在炸药爆轰波的理论计算上,郭永怀正确地提出用一维特征线法进行,解决了一大批理论和技术难题。为了使大家了解爆轰学,郭永怀还亲自讲授了爆炸力学。
    在爆轰物理试验过程中,郭永怀经常深入试验现场,指导工作并协助开展试验。当时,为确定原子弹爆轰聚焦技术方案,争论是很热烈的。年轻的物理学家陈能宽提出了一个难度和风险都很大、但却能少走弯路的聚焦方案。许多人对此持怀疑态度。郭永怀从力学角度反复估算,大胆支持采纳这个方案。为了配合爆轰试验,郭永怀还指导设计部人员进行不同试验元件的结构设计,使爆轰试验得以顺利进行。

    郭永怀十分重视并经常在九院的会议上反复强调核弹的武器化和系列化,指出要努力做好核武器的后期发展工作。在此后的进程中,他一直负责总体结构设计、外型设计以及环境模拟实验的指导与把关。他很早就安排了一系列与武器化有关的预研课题,包括结构设计、外型设计、飞行弹道、物理引信、环境试验项目与设备等。在弹体结构设计中,郭永怀提出了许多独特的设想,包括薄壳结构、通用核航弹等。它们都在后来的工作中逐步得以实施,对核武器的轻型化、实战化和系列化以及新原理实验具有重要的意义。

    环境试验

    1964年第一颗原子弹试验后场区集体照(前排左四为郭永怀)1964年第一颗原子弹试验后场区集体照(前排左四为郭永怀)
    在环境试验方面,郭永怀在建立中国核武器环境试验设备及分析研究上起了主导作用。他从技术人员的配备、课题的安排、试验项目的确定和试验设备的筹建等多方面入手,使中国有了一整套大型、精密、试验范围较广的设备,包括冲击、噪声、振动、过载、温湿度、霉菌、盐雾的组合试验设备和大型离心试验机等。他还亲自出马,找有关单位协商研制专门设备。

    郭永怀参加了1964年10月16日中国第一颗原子弹爆炸试验,以后又参加了核航弹、氢弹和导弹核武器试验。他对中国核武器事业的贡献是多方面的。例如,他对核武器系列化发展提出许多建议和设想;他指导进行了反潜核武器的水中爆炸力学研究、水洞试验以及调研工作;对研究发展潜地导弹也作出了贡献。此外,郭永怀还应两弹结合时期的需要,对中国核武器科研体制提出了重要设想。 

    人物生活/郭永怀 编辑

    郭永怀与夫人李佩早年合影郭永怀与夫人李佩早年合影
    夫人李佩:郭永怀与妻子李佩与1948年结婚。1951年李佩受康奈尔大学语言学系系主任Shadack教授的邀请,给准备派作外交官的美国学生上中文课。1956年10月,郭永怀带着妻子李佩和女儿历经周折从美国回到了祖国。李佩举办了国内首期应用语言研究生班,为该学科在国内正式建立做了开拓性的工作,并誉为“中国应用语言学之母。”2003年、2007年、2013年,李佩先生分三次,将全部积蓄和郭老遗物赠予了中国科学院力学所和中国科技大学 。
    女儿郭芹:出生于美国,1956年随父母回国,初中毕业后去东北插队,1970年因病回京,后参加工作。因病英年早逝。

     

    获奖荣誉/郭永怀 编辑

    1985年补授予一项国家科学技术进步奖特等奖;

    1986年12月25日,国家内务部追认郭永怀为革命烈士。

    1999年被授予研制“两弹一星”有突出贡献的科技专家,并荣获“两弹一星功勋奖章”,该奖章于2003年9月18日由其妻子李佩赠给中国科学技术大学。 

    人物评价/郭永怀 编辑

    郭先生是一位才华横溢、有远见卓识的著名科学家和技术领导人。他理论功底深厚、思维敏捷、思路开阔,而且注重理论联系实际,善于在工作中准确把握科学研究的方向。在九院工作期间,郭先生始终深入到科研工作的第一线,为中国核武器事业的发展做了许多开创性的工作。(朱光亚 著名科学家)
    郭永怀同志是一位优秀的应用力学家,他把力学理论和火热的改造客观世界的革命运动结合起来了。其实这也不只是应用力学的特点,也是一切技术科学所共有的,一方面是精深的理论,一方面是火样的斗争,是冷与热的结合,是理论与实践的结合,这里没有胆小鬼的藏身处,也没有私心重的活动地;这里需要的是真才实学和献身精神。郭永怀同志的这些贡献,我想人民是感谢他的。周恩来总理代表党和全国人民对郭永怀同志无微不至的关怀就是证据。大家辛勤工作,为翻译、编辑和出版这本文集付出了劳动,也是个证据。是的,人民感谢郭永怀同志!作为我们国家的一个科学技术工作者,作为一个共产党员,活着的目的就是为人民服务,而人民的感谢就是一生最好的评价!(钱学森 著名科学家)
    两弹一星的23个功臣元勋里边,三方面都涉及的只有郭先生一个人。(俞鸿儒中科院力学所院士) 

    后世纪念/郭永怀 编辑

    中国空气动力中心大院的松林山上建有一座纪念亭,上面刻着张爱萍将军所书的三个大字———“永怀亭”。
    为了纪念二弹一星元勋、空气动力学家、中国科学技术大学建立者之一郭永怀,郁百杨编剧导演,宋怀强教授主演,中国科学技术大学各社团历时五年倾力打造的大型多媒体音乐剧《爱在天际》于2012年12月15日在科大首演并在各地演出十余场,首演之前的12月5日,在中国科学技术大学化学楼前的郭永怀雕塑前,全体剧组为郭永怀举行了纪念仪式。郭老的夫人李佩先生特地为首演赠送了花篮并亲自出席了在北京的演出。[1]

    参考资料
    [1]^引用日期:2017-04-06

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