赵淳生:从放牛娃成长为院士的“超人”

作者:朱磊来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-12-26

他年近花甲才开始研究超声电机,先后战胜两种癌症,凭借超人的毅力,使我国在该领域达到世界先进水平。

很早以前,科学家们就发现月球的“后脑勺”是块宝地,那里电磁干扰小,非常适合监测微弱的宇宙信号。不过,由于月球总是一面朝向地球,人们一直对它的“后脑勺”所知甚少。如今,科学家们的夙愿即将达成。12月8日,我国成功发射了嫦娥四号探测器,预计明年初它就将实现人类首次月球背面软着陆!

图1 - 嫦娥四号(图片来源:gbtimes.com)

嫦娥四号(图片来源:gbtimes.com)

航天器通常由无数精密零部件组成,嫦娥四号也不例外。嫦娥四号作为一枚月球探测器,不得不提它装备的红外成像光谱仪。正是凭借光谱仪,我们才能获得月球物体的高光谱图像,从而探知月球表面的特征。不过,光谱仪的启动和关闭速度很慢,而普通电机的转速动辄达每分钟上千转,根本无法胜任。因此,嫦娥四号采用了先进的超声电机。别看这个小家伙只有46克,赵淳生院士为了它可是花了十多年功夫呢!

图2 - 嫦娥四号采用的超声电机(图片来源:newsweb.nuaa.edu.cn)

嫦娥四号采用的超声电机(图片来源:newsweb.nuaa.edu.cn)

“我要研制中国自己的激振器”

赵淳生是我国超声电机领域的奠基者之一,可你很难想到,他涉足这一领域时已年近花甲。在此之前,他一直做机械振动方面的研究。

飞机在飞行时由于气流作用,往往承受着剧烈的振动载荷,易发生结构失效。上世纪60年代初,赵淳生大学毕业后留在南京航空学院任教,他对这一问题十分关注,很想在实验室里对飞机结构的振动做些模拟研究。1963年初秋,当听说北京航空学院将开展一个关于机翼振动的实验,他迫不及待地买了张北上的火车票,第二天便出现在了北航的实验室里。

图3 - 赵淳生(图片来源:www.jschina.com.cn)

赵淳生(图片来源:www.jschina.com.cn)

在实验室里,只见一个高约20厘米、直径约10厘米的小东西将机翼振动得 咚咚作响,翼尖振幅高达2厘米。赵淳生像刘姥姥进了大观园,惊讶不已。他刚想提问,一旁的实验人员就解释道:“这是专门用来做振动实验的电动激振器,是从荷兰进口的。”一番打听后,他得知国内用的激振器全是进口货。当时赵淳生只有25岁,血气方刚的他深受震撼。他深知“工欲善其事,必先利其器”的道理,决定制造出中国人自己的激振器。

赵淳生借来激振器的说明书,将主要参数和内容一一抄写,同时画出了激振器的结构图。回到南京后,他带着学生全身心投入到电动激振器的研制中。凭着一股子拼劲儿,一干就是二十多年,先后研发出多个系列的激振器。他的激振器采用了先进的内磁式磁钢,在性能指标与国外同类产品相当的情况下,体积和重量却大为减轻。这些电动激振器成功打破了国外的垄断,后来被广泛应用于我国的火箭、飞机和直升机的振动实验中。

图4 - 赵淳生领导研制的电动激振器被广泛应用于实验和生产中(图片来源:参考文献[4])

赵淳生领导研制的电动激振器被广泛应用于实验和生产中(图片来源:参考文献[4])

“我学到的,一定要服务于我的祖国”

赵淳生凭借在电动激振器方面的成果获得了多项国家大奖,享誉国内外。上世纪90年代初,他应邀前往美国麻省理工学院访学。不承想,这次出国竟彻底改变了他后来的研究方向。

一天,赵淳生像往常一样听了一场技术报告会。类似的报告会在麻省理工经常举行,很多人都不以为意,但这次报告会却令赵淳生激动不已。原来,传统的电磁电机经过一百余年发展后,由于工作原理和结构限制,很难再在减小体积和噪声上做文章。而现代卫星、飞机、机器人等精密设备上却又急需微型、无噪声、无电磁干扰的新型电机,着实令科研人员头疼。赵淳生从报告会上得知,美国当时正在研制一种超声电机,它摈弃了传统电机的磁铁和线圈,采用压电陶瓷实现转子运动,可以将电机做得很小,噪声也大大减轻。


图5 - 传统电机原理图(图片来源:en.wikipedia.org)【备注:此图为gif格式动图】

传统电机原理图(图片来源:en.wikipedia.org)

图6 - 一种超声电机原理图(图片来源:ramrao.com)【备注:此图为gif格式动图】

一种超声电机原理图(图片来源:ramrao.com)

听完报告后,赵淳生直呼过瘾。他敏锐地察觉到,超声电机将对我国科技发展有重大意义。于是,他当即决定立刻回国搞超声电机研究。

得知这一消息后,赵淳生的女儿可急坏了。当时,她和家人已定居美国,很想让父亲也留在身边。赵淳生曾留学法国,通晓英语和法语,学术上也硕果累累,在美国找一份教职并非难事。可面对女儿的反复劝说,他的态度却十分坚决:“我来美国只是为了学习,学到的,一定要服务于祖国。我必须回去,这是任何人都无法阻挠的!”过了一会儿,他再次向女儿说起了往事。

赵淳生很小就成了孤儿,与奶奶相依为命。童年的他常常缺衣少食,每天都是放牛、砍柴、干农活儿,上学这件事简直就是奢望。后来,在地下党的资助下,赵淳生才得以读完小学。解放后,他又在政府的帮助下读了中学、大学并出国留学。几十年来,他的心头始终萦绕着浓浓的爱国情怀。

图7 - 赵淳生在一次报告上讲述自己的童年经历(图片来自作者)

赵淳生在一次报告上讲述自己的童年经历(图片来自作者)

“命和超声电机,我都要!”

1994年,56岁的赵淳生告别家人,孤身一人带着5大箱超声电机的资料回到了中国。

当时国内在超声电机领域毫无基础,很多人都不理解赵淳生的决定。有人对他说:“您已经在电动激振器领域取得了很大成就,完全可以凭借这些成果舒服地过退休生活了。”赵淳生听罢很不以为然,反驳道:“只要国家的工业还落后,咱们就不能停下奋进的脚步。”

话虽如此,但毕竟白手起家,一无样机二无图纸,研制超声电机的难度可想而知。赵淳生可不管这些,他向系里争取到一间十几平米的房子做实验室,又借来15000元买了一台计算机和一台打印机,带着三名学生开始没日没夜地苦干起来。没想到,仅仅十个月,他们就克服了一个个难点,成功使一台超声电机原型机转动起来。这是我国第一台能实际运转的超声电机!

图8 - 赵淳生领导研制的多种超声电机(图片来源:参考文献[4]) 

 赵淳生领导研制的多种超声电机(图片来源:参考文献[4])

虽然原型机大获成功,但距离真正应用依然有很长的路要走。然而,正当赵淳生准备大展拳脚时,噩耗却不期而至。2000年末,由于长期高负荷工作,他被确诊患有肺癌。谁料,祸不单行,在切除一块肺叶后不久,他又被查出患有胃癌。赵淳生对此十分平静,理性告诉他,他必须活下去,才能继续未竟的超声电机事业。他积极配合治疗,又切除了三分之二的胃。短短几个月,赵淳生接受了6次化疗,暴瘦26斤,真称得上度日如年。

尽管身体十分虚弱,赵淳生始终没有忘记自己的超声电机。他在病床上完成了多份技术报告,还写了4份超声电机技术的专利申请书。为了不影响其他病人,他还偷偷躲进厕所给学生打电话,为学生答疑解惑。看到这副情形,妻子既生气又心疼地质问:“你是要超声电机,还是要命?”赵淳生倔强地回答:“两个我都要!”幸运的是,凭借顽强的毅力,赵淳生奇迹般地战胜了两种癌症,渐渐恢复了健康。

图9 - 患病期间,赵淳生将仪器设备搬到家中调试(图片来源:参考文献[5])

患病期间,赵淳生将仪器设备搬到家中调试(图片来源:参考文献[5])

数十年“超人”的坚强与付出,让赵淳生取得了丰硕的成果。他率领团队研制出60余种超声电机,成功打破国外的技术垄断,使我国在该领域达到世界先进水平。最令赵淳生高兴的,莫过于超声电机的产业化。除了应用在嫦娥三号、嫦娥四号、量子卫星和智能炮弹等高端装备上,他的超声电机还在医疗、光学和化学等领域获得了广泛应用。世界著名机械专家沃尔斯切克(Jörk Wallaschek)曾称赞道:“赵淳生是中国超声电机领域领先的科学家。他所领导的超声电机研究中心,是该领域在中国乃至世界最具实力的科研机构!”

图10 - 2014年,赵淳生获“超声电机技术杰出贡献奖”和“压电超声电机领域终生成就奖”(图片来源:参考文献[5])

2014年,赵淳生获“超声电机技术杰出贡献奖”和“压电超声电机领域终生成就奖”(图片来源:参考文献[5])

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人物小档案:

赵淳生(1938 – ),中国科学院院士,著名机械工程专家,我国超声电机技术领域最早和最全面的研究者之一。长期从事振动工程理论和应用研究,在振动模态参数识别、多点激振和测量技术、机械故障诊断技术、电动式激振器设计与应用等领域取得了丰硕的成果。近20年来,潜心研究超声电机技术及其应用。在新型超声电机运动机理、机电耦合模型、结构参数优化设计、驱动与控制技术等方面电机总结和提出了系统的理论和设计方法。

名言:

我学到的,一定要服务于我的祖国,这是任何人都无法阻挠的。

参考文献:

[1] 赵淳生. 自强不息 开拓创新[J]. 泰州职业技术学院学报, 2012, 12(3): 1-6.

[2] 赵淳生. 超声电机在南京航空航天大学的研究与发展[J]. 振动、测试与诊断, 2005, 25(3): 167-173.

[3] 陈彬,周新华,王新. 赵淳生院士:追逐超声电机“中国梦”[J]. 今日科苑, 2015(5): 26-27.

[4] 张晗. 创新创业,追求中国梦——访两次获得国家技术发明二等奖的中国科学院院士、南京航空航天大学教授赵淳生[J]. 海峡科技与产业, 2014(8): 7-12.

[5] 网信军民融合编辑部. 矢志不移推动产业化 实现超声电机中国梦——访中国科学院院士、南京航空航天大学赵淳生教授[J]. 网信军民融合, 2018(6): 2-5.

[6] 于媚. 笔墨春秋 于媚新闻作品集[M]. 海口:南方出版社, 2010.

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