引子

2007年11月27日，当前中国互联网综合服务的主要提供商之一的腾讯网邀请了一位中国工程院院士、著名气动弹性专家做客院士访谈栏目，主持人郭桐兴一如前几十期节目一样，对嘉宾表示欢迎并向网友做了介绍。

坐在主持人一侧的嘉宾年过古稀，带着一副宽大的深色边框眼镜，精神矍铄、面容慈祥，微笑中透出自信、坚毅。面对主持人的提问，他侃侃而谈。

节目进行中，院士嘉宾的话引起了主持人的一个联想：

您说这个我们想起来了，我们坐飞机的时候看着那个飞机（的机翼）是翘起来的，而且翅膀各个部分都有变化。

这可能是所有乘坐过大型客机的有心人都会注意到的现象。

随着社会的发展和生活水平的提高，乘坐飞机出行的人越来越多，在享受着现代航空科学技术带给人们极大的便捷舒适的同时，也有不少乘客对飞机的安全表示担忧。在民航论坛上，有一位网友的帖子与主持人的观察结果相似：

2007年5月3日乘坐××公司的波音737-800飞机由长沙飞昆明旅游。在整个过程中我一直很害怕，一个是飞机看起来比较旧，另外整个飞行过程中气流颠簸比较厉害，可能碰到10次气流了吧，飞机总是在摇摇晃晃。这些倒是正常的，关键怕的是我正好坐在机翼旁边，我发现飞机整个机翼（飞机左右两个大翅膀）居然在上下左右晃动（主要是上下振动），有点像鸟儿飞的样子（当然只是轻微晃动），我一直怕飞机翅膀会在飞行中突然掉落！大家不要误会，大机翼上有个可以活动的部位可以控制气流的上下活动是正常的，关键是整个机翼都在晃动，我问了其他一些人说大飞机的整个机翼应该是不会动的。我现在就是想问，这个现象正常吗？是不是因为飞机陈旧造成机翼不稳还是本来就是这样设计的？还是其他什么原因？如果是飞机本身的问题，希望××公司立即检查修理，不然让翅膀在飞行过程中掉了就不得了呢！

主帖一出，跟帖近百，众说纷纭，莫衷一是，其中不乏具有航空和飞机设计知识的网友，但也许要说清楚这样的问题太过专业，因此解释显得过于简单，而调侃打趣者居多。

腾讯网院士访谈栏目的主持人要比这位网友幸运得多，他的面前坐着的是一位院士级的空气动力学专家。也许是考虑到网络受众年龄层次、知识层次和对航空科技知识了解程度的不同，他用尽可能浅近、直白的语言解释着复杂的航空科学理论和术语：

……你趴在窗户那儿看着，它不会老老实实在那儿待着，它还会抖，它抖得厉害了，等于是汽车的弹簧软，这样飞机里坐的人就感觉比较舒服了。通过调整翅膀的角度可以提高乘客的舒适度。但是话又说回来了，这个机翼也不能无限制地软，软得厉害了，它就断裂了，强度不够了。所以又要保证它能够承受这么大的力，然后它的变形量又要给得还可以，让坐在飞机里面的人比较舒适。飞机设计的时候要想这个事，先有一定的强度，又要有适度的变形，碰到湍流以后，它能够起一个弹簧的作用，让乘客比较舒服。

还有一个办法可以让乘客舒服，就是在机翼上搁一个可以偏转的舵面，通过传感器，感受气流的运动，然后它通过舵机产生相反的信号，让那个舵面运动以后，这个舵面控制它，一个往上，一个往下。这样的话，等于是你虽然很乱，但是机翼感受不到。

……这样座舱里的客人感觉比较舒服，机翼也没有那么大的变形了。这种东西在现在比较新的课题里面，有的已经在用了，就是为了改善这个环节，这叫湍流响应的主动控制。主动控制湍流响应，机翼变形也小一些，旅客也感觉比较舒服些。

要完全理解他的讲述，首先要了解人类利用任何材料制造出的任何一种结构，都不可能是绝对刚性的，也就是在外力作用下，任何材料和结构都不可能保持几何形状绝对不变形。飞机也不例外，在飞行中，飞机的机体——机身，尤其是机翼，在空气动力作用下必然会发生弹性变形，也就是前面这位网友看到的机翼随气流出现的振动。这种弹性变形使飞机的气动外形有所变化，影响到空气动力随之改变，从而又导致进一步的弹性变形，由此形成了结构变形与空气动力交互作用的现象。在航空技术中，将这一学科称为气动弹性力学（注）。

在1903年12月17日，美国的维尔伯·莱特和奥维尔·莱特兄弟制造的世界上第一架载人动力飞机——“飞行者1号”在美国北卡罗来纳州的基蒂霍克飞上了蓝天。“从固定翼飞机问世的第一天起，就遇到了气动弹性的问题。”（管德《非定常气动力计算》）

20世纪初，美国科学家S.P.兰利（Langley）制造了安装活塞发动机的飞机，但在1903年的两次试飞均遭失败。第一次世界大战初期，英国的汉德利-佩奇（Handley-Page）轰炸机又因机身扭转刚度不够，发生了尾翼颤振。

“为了分析这些问题，开始了第一批的飞机气动弹性研究。G.布鲁尔（G.Brewer）在1913年发表了关于兰利飞机机翼扭转发散的研究报告。F.W.兰彻斯特（F.W.Lanchester），L.贝尔斯托（L.Bairstow）和A.费奇（A.Fage）在1916年发表了关于汉德利-佩奇轰炸机尾翼颤振的研究报告。

“20年代，单翼机问世。对于扭转发散和颤振的研究，也取得了新的进展。”（管德《非定常气动力计算》）

50年代，新中国为发展航空工业开始自主设计飞机，1956年组建了中国航空工业历史上第一个专业的飞机设计机构——沈阳飞机设计室。1961年，按照中央决定，国防部第六研究院（简称六院）成立，沈阳飞机设计室与空军第一研究所、哈尔滨军事工程学院（简称哈军工）的飞机设计研究机构合并组建了六院一所——现在的沈阳飞机设计研究所（代号601所）。

由中国飞机设计的一代宗师徐舜寿领衔的飞机设计室自行设计的第一架喷气式教练机是歼教1飞机。徐舜寿以其对航空科技发展的敏锐观察，确定了将气动弹性问题作为设计接近或超过声速飞机必须研究的关键技术之一。

沈阳飞机设计室和以后的601所是一个人才荟萃的集体，除了主任徐舜寿、副主任黄志千之外，还有陆孝彭等在美国、英国著名飞机公司从事过飞机设计的中国第一代飞机设计师以及叶正大等曾在莫斯科航空学院学习飞

管德院士

机设计制造的赴苏留学生。徐舜寿在倚重这样一批当时中国一流的飞机设计专业人才的同时，还非常重视年轻一代中的技术骨干。为解决颤振问题、培养气动弹性力学方面的技术尖子，他从平均年龄22岁的技术人员中，选择了清华大学毕业生管德。

半个多世纪以后，2007年的这一天，管德以中国工程院院士、著名气动弹性专家的身份接受了腾讯网邀请，坐在了院士访谈主持人郭桐兴旁边的嘉宾位置上。

注释：

气动弹性力学（Aeroelasticity）。研究空气动力与航空器结构变形相互作用及其对飞行及结构强度影响的交叉学科。飞机结构在空气动力作用下会产生变形，这种变形反过来又使空气动力随之改变，从而导致进一步的变形；这样就构成了气体、固体耦合的气动弹性现象。气动弹性不仅对飞机的载荷分布、操纵性、稳定性有显著的影响，而且会产生一系列静态和动态失稳问题，严重时会使结构破坏，造成飞行事故。因此，飞机设计必须考虑气动弹性问题，在飞机强度规范及适航条例中对此都有专门的条款及规定。在气动加热严重的情况下，个别部件还需要考虑热气动弹性问题。（《中国航空百科辞典》）