当选院士后逐渐“叛逆”, 他向经典理论说“不”

——记中国科学院院士徐建中

字数:2949 2026-05-20 版名:文化

 2016年3月,徐建中在工程热物理所建所六十周年学术论坛上致辞
  
  □陈欢欢
  自己的导师似乎有“两副面孔”,中国科学院工程热物理研究所(以下简称“工程热物理所”)研究员赵庆军直到博士毕业才意识到这个问题。
  那是2007年的一天,赵庆军留所工作后,一向宽和的导师、中国科学院院士徐建中把他喊到办公室,郑重地对他说:“我们团队有两件事不干,一是别人干了的事我们不干,二是别人能干的事我们不干。”
  赵庆军听后吓了一跳,当即反驳道:“我觉得别人什么都能干。”徐建中则淡定地回答:“我们现在干的事,别人就干不了。”
  这件事,正是研发新原理发动机。
  共事久了之后,徐建中的“两副面孔”逐渐清晰——对学生宽容,对员工严格。有一次,赵庆军在办公室批评研究生被徐建中看到,他让其他老师转告赵庆军:不能对学生这么严厉,尤其是干创新的事,不能打击他们的积极性。
  颠 覆
  1995年当选中国科学院院士似乎是徐建中科研生涯的分水岭。
  在那之前,他三十余年的工作以理论研究为主。当选院士后,55岁的他不再满足于将理论停留在纸面,曾多次向同事表明,自己可以去冒更大的风险,做一件对国家有更大贡献的事。
  他在1996年10月13日写给学生的信中提到,当选院士后,自己花了很多时间抓大项目,其中就包括提出制定高超音速推进计划的建议。
  普通民航客机的巡航速度不到1马赫,超过5马赫被称为高超音速飞机,是未来的发展方向和“兵家必争之地”。彼时,中国却是联合国五大常任理事国中,唯一不能独立研制先进航空发动机的国家。
  由于技术壁垒很高,徐建中判断,中国发展新原理发动机将是打破西方垄断甚至超越西方的战略选择。2000年前后,他便在自己的实验室布局了对转冲压压气机方向。
  为了实现高超音速飞行,传统做法是配备涡轮、冲压两套发动机,分别在3马赫以下和以上工作。其缺陷是其中一套在不工作时会成为“累赘”,业内俗称“死重”。虽然很重,但不能不要。并且,它们交接班时还存在模态转换这一技术性难题。
  而徐建中提出的对转冲压发动机,则能以一敌二,直接达到高超音速,中间没有模态转换,更不存在“死重”。
  想法虽然好,却有点“生不逢时”。
  研发航空发动机需耗费巨资,被认为是一个国家综合国力的体现。然而,2000年时,我国人均GDP(国内生产总值)不足1000美元,全社会研发投入尚不足现在的2.5%。
  “当时科研界可以说刚刚从脱贫走向温饱,徐先生敢在那么艰难的条件下做这么一件大事,这是真正的科学精神。”中国科学院院士金红光认为。
  在这样的背景下,徐建中的冒险行为自然遭受了不少非议。在争取项目立项时,一位领导曾直白地反对:“美国都没做,我们为什么要做?”
  徐建中平静地反问道:“美国不做,我们就不能做吗?”
  徐建中敢为人先,自然有他的过人之处。在航空发动机的设计中,当马赫数达到1左右时,会出现激波现象,导致阻力、损失急剧增大,因此教科书上的传统方法都尽量避免激波。徐建中却凭借着对激波的透彻理解,反而增强和利用激波,再想办法减少损失。
  2009年,中国科学院雪中送炭,送来了一笔研究经费,当时全国甚至找不到能做相应实验的实验台,一切从零开始。所谓原创技术,意味着没有经验可供借鉴,仅突破叶栅这一关,他们就用了十年时间。
  如今,他们原创的低熵增激波增压对转冲压压气机,取消了高低压转子之间的导叶,2级叶片的增压能力就相当于传统的4—6级,重量和尺寸都大大减小。
  接 力
  徐建中曾多次提到,中国之所以无法研制先进的航空发动机,根源在于基础研究严重不足。
  他之所以敢颠覆传统,底气来源于三十余年对激波扎实的理论研究。
  徐建中的导师、中国科学院院士吴仲华是我国工程热物理学科创始人,也是叶轮机械三元流动理论的创始人。

 1983年,徐建中(前排右三)在麻省理工学院陪同吴仲华(前排右二)访问

  第二次世界大战后,各国都投入重金研发航空发动机,但由于其内部流动的控制方程组异常复杂,根本无法求解。直到1950年吴仲华的叶轮机械三元流动理论横空出世,利用吴氏方程将复杂的三维空间流动问题简化为二维计算,从而使得利用计算机求解成为可能。
  不过,该理论只适用于马赫数小于1的流场。随着飞行速度增加,当激波出现时,气流的参数急剧变化,吴氏方程就不再能连续求导。
  面对这一世界性难题,徐建中通过对激波的深入研究,利用弱激波关系使导数从间断重新变得连续,从而把叶轮机械三元流动理论从亚音速拓展到跨音速。后来,他又发展出熵产极小化激波增压理论,使得叶轮机械三元流动理论的适应性进一步拓展到超音速。
  师徒接力,使得这项理论历经七十余年经久不衰。即使如今计算机已经能够求解全三维流体方程,罗罗、GE等国际公司依然在利用吴氏方程进行初步求解。
  登 峰
  除了原创的新原理发动机,徐建中在风能方向的研究布局也与众不同。
  当选院士之后,徐建中以更高标准要求自己。2004到2006年,他接连三次给国家领导人写信,建议发展循环经济、分布式能源和风力发电,都得到了批示。在那之前,即使是专家层面,也鲜有人支持可再生能源。
  除了积极建言,徐建中还在当时“没钱、没人、没政策”的大环境下,勇敢地成立了风电公司,一边进行风能研究,一边向工程应用发展,成功研制出我国首套国产化兆瓦级风电叶片。
  即便是在白手起家的新领域,他依然不改本色,坚持“别人能做的我们不做”的原则,要求课题组去攻克那些“企业做不了、只有中国科学院能做”的技术。因此,他在2005年前后便提出发展非常超前的深远海漂浮式风电,后来又提出风能热利用新赛道。
  深远海的风力资源量远高于近海,但技术难度也大得多,到目前为止全世界尚未真正实现商业化。风热机组则可以直接将风能转化为热能,省去了中间转化为电的环节,不仅效率大大提升,还能解决近年来备受困扰的“弃风”问题。
  “徐老师对风能发展方向的预判,看的不是三五年,是未来的十年、二十年。”工程热物理所研究员李庆安如是说。
  本 色
  从青年时期考上心仪的大学到中年时期受老师器重,再到当选院士,徐建中的人生似乎走在康庄大道上。他自己却将选择科研道路形容为“走上崎岖的小路”。
  这条路何以崎岖?
  三十多岁时,徐建中获得去德国马普研究所做访问学者的机会,不料出发前与吴仲华不期而遇,吴仲华让他暂缓出国,留下来参加一个重要项目。没有任何犹豫,徐建中留了下来。他觉得,为国家干些实事比出国更重要。
  四十多岁时,徐建中倾尽全力参与的斯贝发动机舰改项目无疾而终。
  将近五十岁时,因为种种原因,最困难时课题组只有两三个人,但是徐建中斗志满满地告诉学生:“越是困难的时候,越要发好文章,发顶尖的文章。”后来他亲自主笔,接连在美国航空和宇航学会、美国机械工程师学会主办的顶级会议上发表3篇论文,带领课题组走出低谷。
  六十多岁时,徐建中争取新原理发动机立项屡屡受挫。直到七十岁,他终偿所愿。
  八十岁时,深知一款航空发动机的诞生通常需要几十年、几代人的努力,徐建中乐观又清醒地对赵庆军说:“做成这个发动机不一定是我的事,也不一定是你的事。”他不执着于工程进度,反而叮嘱年轻人加强理论创新,去冲击新的高峰。他告诫团队成员:“要始终把为国家做贡献放在第一位,向着自己的目标坚定地走下去,可能要花十年、二十年时间,但无所畏惧。”
  这是徐建中六十余载科研登峰路的真实写照,年轻时经历的所有崎岖最终都转化为内心的坚定,那个一心要为祖国勇攀科学高峰的少年越攀越高,终于和先辈们在顶峰相见。
  (文图据《中国科学报》2026年3月19日第4版,有删节)