張阿舟:人物生平,國小和中學,考入中央大學,留校任教,攻讀研究生,順利回國,重大貢

張阿舟，力學家，航空工程學家。專長結構振動的研究，在新中國第一架飛機試製工作中有突出貢獻，在連續質量有限元素法、復模態理論研究方面取得了獨創性成果，負責制訂了航空工業部頒發了振動環境標準。

基本介紹

中文名：張阿舟
性別：男
籍貫：江蘇丹陽人
出生日期：1920年4月14日
逝世日期：2009年

人物生平,國小和中學,考入中央大學,留校任教,攻讀研究生,順利回國,重大貢獻,主要論著,自製飛機,發展理論,突出貢獻,獲得榮譽,

人物生平

張阿舟，著名航空工程學家，共和國首架飛機製造特等功臣，力學家。江蘇丹陽人。1941年畢業於中央大學航空工程系。1945年留學英國。1949年獲布里斯托大學哲學博士學位。1950年回國。歷任南昌飛機製造廠工程師，南京航空學院教授、科學研究部主任、院學術委員會主任、副院長，國務院學位委員會第一、二屆學科評議組成員，中國航空學會第二屆常務理事、第三屆副理事長，江蘇省航空學會第二屆整整，理事長，中國力學學會第一、二屆理事。是第三、五、六屆全國人大代表。專長結構振動的研究。1954年在新中國第一架飛機試製工作中有突出貢獻。在連續質量有限元素法、復模態理論研究方面取得了獨創性成果。負責制訂了航空工業部頒發了振動環境標準。主編有《飛機強度計算》、《飛行器振動基礎》等。張阿舟，力學家，航空工程學家，中國飛機結構強度理論和試驗研究開拓者之一。早期從事飛機設計，後來側重飛機結構強度研究，60年代起主要從事飛行器振動理論和套用研究，80年代以來又從事航空基礎研究。50餘年來，在飛機設計、飛機靜動強度、結構動力學和機械故障診斷方面均作出了較大貢獻。在飛機結構強度理論和試驗研究方面，振動理論與套用研究方面均有重大突破和創新。在高校教學中，重視高層次人才的培養，為國家輸送了一批振動研究的科技骨幹。他們當中，有許多已成為國家科技骨幹和學科帶頭人，其中包括中國科學院院士胡海岩、中國工程院院士向錦武和中國科學院院士趙淳生等。

國小和中學

張阿舟，出生於江蘇省丹陽縣的一個書香家庭。從他懂事起，國家一直處於內憂外患的不安定狀態，1926-1927年間的北伐戰爭和軍閥混戰，1931年“九·一八”之後日寇鐵蹄踐踏東北三省，這給少年張阿舟以很大的影響。在此期間張阿舟先後在丹陽、無錫等地的國小和中學讀書，他深為祖國的深重災難所震撼，“科學救國”、振興中華的思想逐漸在他的腦海里形成。

考入中央大學

1937年夏，張阿舟以優異成績考入中央大學航空工程系，獲得學校頒發的獎學金。張阿舟報考時，中大尚在南京，錄取入學時已搬至重慶。是年11月，張阿舟從家鄉到達重慶，途中目睹官商百姓顛沛流離，紛紛逃往大後方避難，深感祖國積弱太深，作為一個學子必須用功學習，學好本領，奮起振興。他抱著“科學救國”、“航空救國”的思想刻苦學習，1941年夏以優異成績畢業，獲工學士學位。

留校任教

大學畢業後，張阿舟留校任航空工程系助教，在系主任羅榮安教授主持下，從事初級滑翔機的設計和製造。他負責設計工作，完成了全套設計圖紙，先後製造了6架，參加了1943年航空運動委員會在重慶舉行的百架滑翔機展覽和表演。張阿舟所設計的初級滑翔機飛行表演十分成功，當時有人私下願出1萬銀元購買全套圖紙。1943年8月，張阿舟離開中大去昆明中央機器廠任助理工程師，從事鑄造、熱處理等技術工作，同時參加了庚款留英考試。1944年5月，張阿舟去成都中央航空研究院工作，任設計科試造場佐理員，在副院長、中國早期飛機設計師王助領導下，從事運輸滑翔機的製造工作。這種滑翔機是當時構想中的空中列車的一部分，用於航空運輸。張阿舟在試製中是技術負責人。該滑翔機利用四川竹產豐富的特點，採用獨特的層竹結構，其強度勝過層板。未及該機設計製造工作完竣，張阿舟被庚款留英考試錄取，同年8月間取道印度轉赴英國。

●1920年4月14日　生於江蘇省丹陽縣（今丹陽市）

●1937年-1941年　中央大學航空工程系學習，獲工學士學位。

●1941年-1943年　中央大學航空工程系助教。

●1943年-1944年　中央機器廠助理工程師。

●1944年-1945年　中央航空研究院佐理員。

●1945年-1947年　英國布列斯托（Bristol）大學碩士研究生，獲科學碩士學位。

●1947年-1948年　英國布列斯托飛機工廠技術員。

●1948年-1949年　英國布列斯托大學博士研究生，獲哲學博士學位。

●1950年-1951年　重工業部學習和工作。

●1951年-1955年　南昌飛機製造廠主工程師，設計科代科長。

●1955年　南京航空學院（現為南京航空航天大學）教授，科學研究部主任，研究室主任，副院長，院學術委員會主任，學報編委會主任，研究所所長，名譽所長等。

主要論著

在1947年以來的50餘年中，張阿舟先後在國內外發表和出版中英文論文和著作50餘種，他主編了《環境振動工程》、《振動控制工程》等專著、發表了“薄壁尖削比機翼的扭轉”（碩士論文）、“半硬殼式機身大開口的應力分析”（博士論文）、“加強薄板的二元理論”（1950年英國《航空季刊》發表）、“復模態理論”（《航空學報》發表）等多篇論文。這些著作和論文在飛機設計，飛機靜、動強度，結構動力學和機械故障診斷等方面均有重大創新和突破。

1、張阿舟，《加強薄板的二元理論》，英國皇家航空學會季刊，1950年，2（1）

2、張阿舟，鄧宗彥，丁錫洪，《等跨距等截面（指EJ）連續梁的新解法：差分方程法》，南航學報，1957年，（2）

3、張阿舟，《具有長方形邊界的二元彈性問題的直接解法》，南航學報，1957年，（1）

4、張阿舟，《飛機機身大開口靜力試驗》，南航學報，1958年，（1）

5、張阿舟，《有關應力蒙皮式直機翼的限制扭轉的幾個問題》，南航學報，1959年，（4）

6、張阿舟、鄧宗彥、丁錫洪，《等跨距等截面（指EJ）等彈性支座（指K）連續梁的新解法：差分方程法》，南航學報，1959年，（1）

7、張阿舟，《飛機強度計算》，南京：南京航空學院教材，1959年

8、張阿舟，《圓環的傅立葉級數解法》，南京航空學院第2次科學報告會論文選集（下），1962年

9、張阿舟，《應力應變圓》，南航學報，1963年，（1）

10、張阿舟，《柔框機身應力分析》，南航學報，1963年，（2）

11、張阿舟、李岳鋒，《頻率辨》，南航學報，1964年，（3）

12、張阿舟等，《飛行器振動基礎》，北京：航空部教材編審組航空高校統編教材，1976年

13、張阿舟，《飛行器結構振動的有關問題》，南航學報，1980年，（2）

14、張阿舟、林佳鏗，《桿元素和梁元素的動剛度矩陣》，南航學報，1980年，（3）

15、張阿舟、林佳鏗，《用連續質量有限元素法求解動力系統的固有特性》，南航學報，1981年，（4）；固體力學報，1985年，（2）

16、張阿舟，《結構動力學若干問題的回顧》，南航學報，1982年，（1）

17、張阿舟、林佳鏗，《連續質量有限元素法》，南航學報（英文選刊），1982年，1（1）；1982年上海國際有限元會議論文集

18、張阿舟、張令彌，《振動系統參數識別的若干問題與展望》，南航學報，1983年，（1）

19、張阿舟、朱德懋，《阻尼系統的振動分析》，南航學報，1983年，（1）；航空學報，1984年，（3）

20、張阿舟，《結構動力學的研究——南航振動研究室成立以來的科研工作》，南航學報，1984年，（3）

21、張阿舟、張克榮，姚起杭等，《振動環境工程》，北京：航空工業出版社，1987年

22、張阿舟主編，《振動數位訊號處理程式庫》，北京：科學出版社，1988年

23、張阿舟，姚起杭等，《振動控制工程》，北京：航空工業出版社，1989年

24、張阿舟主編，《振動實用工程》，北京：航空工業出版社，1991年

25、張阿舟、趙淳生，《樁—土系統動力特性的新的數學模型》，首屆美國計算力學會議，1991年

26、張阿舟、孫平凡、楊為柱等，《試談飛機設計一體化教育》，南航學報，1991年，（2）

27、張阿舟，《試論飛機設計人才的培養問題》，南航教育學報，1994年（4）

自製飛機

初教51941年夏，張阿舟大學畢業後，先後在中央大學和中央航空研究院從事兩種滑翔機的設計、技術工作。在這兩項工作中，張阿舟鋒芒初露，顯示出較強的設計才華和處理技術問題的能力。留學英國期間，他又進入布列斯托飛機工廠工作一年，由於當時英國正在執行發展民航的Brabazon計畫，使他受到了現代航空工業的直接薰陶。這些為他以後長期從事航空科技和教育事業打下了堅實的基礎。

1951年10月，張阿舟調到南昌飛機製造廠後，從事飛機修理、飛機零部件製造等技術工作。試製中華人民共和國成立後第一批自製飛機——初教5，之後他全身心地投入了飛機的試製。初教5是按蘇聯雅克-18飛機仿製的初級教練機，具有構架式機身骨架、矩形中翼和兩個梯形外翼，安裝了一台活塞式發動機和木質螺旋槳。機上裝有航空儀表、發動機儀表、無線電台和半羅盤、機內通話設備等。可以使學員在學完各種初級訓練科目後，掌握飛機的使用性能。1954年4月，國家根據當時空軍迫切需要初級教練機，而南昌飛機製造廠又掌握了雅克-18等五種飛機修理和零部件製造技術的實際情況，下達了提前試製這種飛機的任務。張阿舟在試製工作中，先是給技術員和工人講授模線樣板工作法，繼而負責發圖，處理超差、協調等工作，後來奉命主持靜力試驗和參加試飛工作。

飛機靜力試驗當時是項全新的工作，在中國是首次進行，在張阿舟有條不紊的指揮下，試驗人員井然有序地進行載入、讀數、測量、記錄。當載入至設計載荷的105%-110%時，轟然發出一聲巨響，飛機在外翼前梁處斷裂，全機強度符合設計要求，首次進行的全機靜力試驗獲得了成功。後來又陸續完成了中翼、副翼、機身等14個部件、57種設計情況的靜力試驗，各部件強度均達到設計要求。至此初教5靜力試驗全部完成，試驗證明飛機的強度合格。

7月初開始，張阿舟登機參加飛機試飛，體驗和紀錄了最大平飛速度、最大升限等飛行性能。經過一系列飛行試驗後，國家試飛委員會認定初教5飛機性能符合技術要求，可以進行成批生產，提供空軍訓練使用，從此開創了新中國自製飛機的歷史。黨中央、毛主席給廠里發來了賀電。張阿舟由於在試製工作中的突出貢獻，榮立特等功。

此後不久，張阿舟雖然離開了直接生產飛機的航空工廠，但他一直以極大的熱情關注著中國飛機生產的發展。70年代以來，他先後參加了運10和水轟5等飛機的振動分析和排故工作，多次為運10飛機的命運和發展中國自己的幹線客機奔走呼號，並熱心為直9直升機的全機靜力試驗獻計獻策。他還積極參加了中國航空、航天工業發展戰略的論證和諮詢工作，先後對關於中國發展太空梭和國產幹線飛機，關於發展中國飛機設計的技術途徑、關於應重點抓飛機設計的基本建設（規範、標準）等重大問題，向國家和航空航天工業部提出過多項重要意見和建議，受到國家和部門有關領導的高度重視和採納。1991年3月，他還在全國人大七屆四次全議上，領銜參加110名代表聯名提出的關於制定中國航空工業振興法的議案。

發展理論

直9直升機奠定了新中國飛機強度試驗基礎。1954年，在新中國第一架自製飛機的靜力試驗中，張阿舟負責制訂的整套全機和部件試驗方案、主持製造安裝的全套試驗設備、出色的現場指揮，以及後來總結的各項報告，開創了中國飛機強度試驗的先例，奠定了中國飛機靜力試驗的基礎。試驗工作歷時83天，原先預計可能出現的一些問題，由於蘇聯顧問的幫助，事先的周密準備以及採取了預防措施，組織工作嚴密，特別是張阿舟出色的現場指揮，保證了試驗工作的順利完成。初教5靜力試驗的成功，不僅為下一步試飛鑑定提供科學數據，而且為以後的新機研製的試驗工作提供了寶貴的經驗。

發展了飛機強度理論。張阿舟的碩士論文題目是《薄壁尖削比機翼的扭轉》，研究並開創了尖削機翼的彈性扭轉理論。博士論文題目是《半硬殼機身大開口的應力分析》，這是針對英國發展當時世界上最大的運輸機BrabazonⅠ需要艙門大開口而選定的。論文提出了大型複雜不連續結構的彈性應力分析理論，並為全尺寸試驗結果所證實。同期，還寫出論文《加強薄板的二元理論》，在英國皇家航空學會季刊1950年第2卷第1期上發表，這是運用解析方法解決應力分析問題的又一項重要成果。

當時，半硬殼式結構正在飛機結構上被廣泛採用，需要應力分析的基礎理論來指導。均勻各向同性的薄板的彈性力學二元理論已經成熟，在此基礎上，張阿舟首先提出將正交加強的薄壁結構轉化為當量的正交異性均勻薄板的方法，然後建立了完整的二元理論及其解法。隨後利用同樣的途徑，解決了圓筒形半硬殼機身的應力分析。當找到了非收斂級數的求和法（尾部特性分析法）以後，順利地解決了半硬殼式大開口機身的應力分析問題。同時也解決了平板承受集中載荷下的二元應力場問題。

1955年調入南京航空學院後，張阿舟繼續運用解析法從事飛機結構強度的研究。從50年代後期到60年代初期先後發表了十多篇有關飛機靜強度的研究論文，提出了一系列強度計算的原則、方法，重要的有：《等跨距等截面（指EJ）連續梁的新解法：差分方程法》、《等跨距等截面（指EJ）等彈性支座（指K）連續梁的新解法：差分方程法》、《飛機機身大開口靜力試驗》、《圓環的傅立葉級數解法》、《應力應變圓》、《柔框機身應力分析》等。

突出貢獻

飛機結構力學60年代初期以來，張阿舟的研究方向由飛機設計和強度研究轉向結構振動理論和套用研究。開始側重研究振動基本理論和方法，繼而轉向工程套用。在形成和發展中國結構動力學的學科體系過程中作出了突出的貢獻。

振動基本理論、方法和設備研究

60年代初期，張阿舟指導研究生對懸臂薄板的動力特性進行了系統深入的實驗研究，獲得了懸臂薄板的固有頻率和振型節線分布的大量實驗結果。以此可以一定程度上反映近代高速飛機和飛彈的翼面和尾面的動力特性，為顫振計算和飛行顫振試驗包括地面共振試驗提供參考資料。並同研究生聯名發表《頻率辨》論文，對單自由度粘性阻尼線性系統的各種特性頻率：固有頻率、自然頻率、（位移）振幅共振頻率和加速度振幅共振頻率作了精闢的分析，從理論上澄清了它們各自的含義和特定的界限。同時指導青年教師研製電磁式激振器，先後研製成各種型號多種規格的激振器和功放設備，在國內多家工廠定點生產，獲得了廣泛的套用。70年代中期，他對結構動力學的概念、學科內容、分類及其界限、同相鄰和相關學科的關係，以及研究方向作了系統的闡述，所發表的代表性論文有《飛行器振動的有關問題》、《結構動力學若干問題的回顧》和《結構動力學的研究》等。

參數識別問題的研究

開創了結構動力學的逆問題——參數識別問題的研究

70年代後期，張阿舟帶領一批中青年教師和研究生髮展了適調多點激振法、頻域識別法、時域識別法、統計識別法，特別是研究創立了具有國際先進水平的卡爾曼濾波識別法、雙遞推最小二乘識別法、多輸入/多輸出參數識別法等。他所主編的《振動數位訊號處理程式庫》、主審的《機械振動參數識別及其套用》，正是上述研究成果的發展和總結。這些方法和技術是在他的指導下完成的，已編制各種軟體，成功地套用殲7Ⅱ、殲7E 、強5、直8等飛機結構的設計和試驗中，先後獲得了部、省的多次獎勵。

發展和完善了復模態理論

過去對欠阻尼結構的動力分析，假定結構阻尼是比例阻尼，亦即這個阻尼系統可用固有振型作為廣義坐標進行解耦。但70年代以來，航空、航天結構中，為了降低振動水平，大量採用了高阻尼材料和阻尼器，一般都不滿足比例阻尼條件。對於這種非比例阻尼結構系統，傳統的模態分析方法已不能適用，為此張阿舟深入研究了非比例阻尼系統，發展和完善了復模態理論。其代表性論文有：“關於復模態理論的幾個問題”和“阻尼系統的振動分析”。復模態理論全面地闡述了一般線性粘性阻尼情況下，出現的復模態現象，給出了復模態正交條件以及它們的能量意義。它對自由振動回響和強迫振動回響，包括脈衝回響、傳遞函式和頻率回響都作了深入的分析，很好的解釋了線性系統振動中出現的種種現象，澄清了國內外長期流行的一些錯誤概念，為模態參數識別技術和系統動力回響分析提供了有力的理論基礎，推動了模態參數識別方法和物理參數識別方法的發展。

提出了連續質量有限元素法

《有限元素法》首先提出了連續質量有限元素法

有限元素法把無限自由度的複雜彈性結構理想化為有限自由度的線性系統，利用電子計算機使問題得到求解。但它套用到動力學問題中首先遇到的困難是如何處理結構慣性問題。傳統的有限元素法都是沿用靜力學中的剛度矩陣，並把質量聚集到節點上（聚集質量法）形成對角質量矩陣；或假定位移形狀函式，利用變分原理導出剛度矩陣和質量矩陣，去求解動力問題，從而產生了高階模態頻率和內應力分布誤差的弊端。為此，張阿舟提出了連續質量有限元素法，摒棄了聚集質量的做法和對位移形狀函式的假設，而是按照結構真實質量分布、慣性力分布導出其剛度矩陣，或“動剛度矩陣”，以此描述結構的數學模型。據此導得均勻截面和線性變截面一維元件，如桿、軸、梁等的多種有限元動剛度矩陣，並成功套用於直升機旋翼動力分析上。即使用它們去逼近截面變化更複雜的元件，也能得到足夠精確的計算結果。這項研究工作受到了荷蘭、英國、南斯拉夫等國學者的重視和關注。

率先研究了航空結構的動力回響問題

70年代中期，張阿舟以國產大型客機運10為對象，在國內首先研究了飛機的對稱著陸衝擊回響。將隨機過程經統計轉為確定性問題，考慮了機輪起轉、起落架彈性回彈等重要因素，給出了簡化的模型和運動方程的解法，計算了這一動力學過程的時間歷程，回答了一系列過去不可理解的問題，為正確理解和使用國外的新版飛機強度規範，為起落架減震器設計和起落架、機體結構的強度計算提供了理論根據。

為了預估飛行器結構對噴氣噪聲、附面層壓力波動的動力回響，張阿舟及其助手們在國內首先發展了高頻寬頻隨機回響統計能量法，提出了非保守耦合系統統計能量關係與高頻、寬頻帶隨機回響預估基本方程，以及結構統計能量參數識別方法。該研究成果於1988年獲航空航天工業部科技進步二等獎。

機械故障診斷和監測技術上的重大貢獻

1984年，張阿舟在國內率先招收從事機械故障診斷研究的博士研究生，開闢了新的研究方向。

在“結構故障的振動監測和診斷的研究”項目中，首先提出了用敏感度參數作為度量振動特性對故障的敏感性指標；論證了模態特性對故障的不敏感性；給出了頻響函式對物理參數變化的關係式。特別是提出了頻響函式敏感區和故障的圖象識別新方法。該研究不僅在理論上開拓了新的研究方向，而且在方法上有很大創造性和實用性，達到國際先進水平，1987年獲國家教委科技進步二等獎。

在“從振動信號中提取故障特徵信息的研究”中，張阿舟和他的博士研究生首先提出了“頻域相關譜”的概念，首次證明了從樣本的有限傅立葉變換得到的三階譜等階於三階相關定義的三階譜；首次提出了對同一滾動軸承具有多個同類故障的診斷理論；在套用傳統的共振解調技術的基礎上，發展了一種寬頻解調技術，比共振解調技術能更有效地提取故障特徵信息。

在張阿舟的指導下，他的助手和研究生根據所發展的故障診斷理論，研製出MDS-1、MDS-2、MDS-3智慧型線上故障診斷系統（硬體和軟體），在國內處於領先地位，這些診斷系統已廣泛套用於鋼鐵、船舶和石化工業部門，取得了可觀的經濟效益。

航空工業70年代後期以來，張阿舟根據航空工業打基礎上水平的需要，先後主持制定和編審了飛機結構強度和振動方面的多種規範、標準和手冊，為中國航空工業的發展作了大量基礎工作。

飛機振動環境試驗標準的制定

70年代末，航空系統由標準化研究所牽頭，組織南航、試飛所等七單位成立了飛機振動環境標準技術組，由張阿舟任組長，決定對現役飛機各機種的振動水平進行普遍實測，並開展有關測試數據處理和試驗方法的專題研究，走向自行制定標準的道路。在張阿舟的主持下，各單位分工合作，先後制定和出版的標準有：

《機載設備環境條件及試驗方法——振動》，1984年12月作為航空工業部標準HB58305-84發布，成為部內各類航空產品技術條件和試驗技術的依據，為保障產品質量和飛行安全作出了貢獻。獲部科技進步一等獎。

《飛機飛行振動環境測量數據的歸納法》，1985年1月以部標HB/Z87-84頒布，獲部科技進步二等獎。

《飛機振動衝擊環境名詞術語》，1985年1月以部標HB5864-84頒布，為統一振動、衝擊名詞術語作了規範化工作。

在上述研究工作的基礎上，張阿舟領導技術組通力合作，編著出版了《振動環境工程》專著，為振動學科中這一分支學科的建立和發展奠定了基礎。

飛機強度和剛度規範的研究

80年代初期起，張阿舟先後被聘為《軍用飛機強度和剛度規範》（1986年獲部科技進步一等獎，國家科技進步二等獎）、《軍用直升機強度和剛度規範》（1988年獲部科技進步二等獎）、《軍用直升機飛行品質規範——振動》等規範（包括工程套用說明書和背景材料）的主編和主審，量大面廣，張阿舟付出了極大的勞動和心血，從中發揮了技術組織、技術把關等重要作用，1985年曾被航空工業部命名為“飛機強度規範研究先進工作者”。

這些標準、規範是在總結中國航空工業幾十年來的研究、設計、生產、試驗和使用經驗的基礎上，參照國際先進航空科技成果，發揮中國航空界各方面專家的集體智慧編著而成的，已成為國標、軍標和部標，頒布執行，是中國航空產品設計、生產和驗收的準繩，正在實際中逐步得到貫徹和推廣。張阿舟一貫注重自力更生，以我為主，致力於逐步建立起中國自己完整的規範、標準體系，以促進中國航空工業的發展。他是中國航空界這方面公認的學術帶頭人。

獲得榮譽

他在飛機結構力學、飛機強度計算和結構動力學方面具有高深的學術造詣，先後主持過飛行器振動理論和套用研究，飛機振動標準制訂，飛機、直升機強度和剛度規範研究與制訂等多項重大科研課題，獲得了多項重大科技成果，曾獲國家科技進步二等獎1次，部委科技進步一等獎1次、二等獎2次，院科技成果一等獎1次。由他主編、主審的專著、規範獲國家科技進步三等獎1次、部委科技進步二等獎2次。他還積極參加了國家航空航天科技發展戰略和立項等的論證與諮詢工作，先後對研製太空梭、國產幹線飛機等重大項目提出過重要建議和意見，受到國家和航空航天工業部有關領導的重視與採納，並被聘為航空航天工業部幹線飛機特邀顧問。

張阿舟