张阿舟

张阿舟 - 人物介绍

张阿舟，力学家，航空工程学家，中国飞机结构强度理论和试验研究开拓者之一。早期从事飞机设计，后来侧重飞机结构强度研究，60年代起主要从事飞行器振动理论和应用研究，80年代以来又从事航空基础研究。50余年来，在飞机设计、飞机静动强度、结构动力学和机械故障诊断方面均作出了较大贡献。在飞机结构强度理论和试验研究方面，振动理论与应用研究方面均有重大突破和创新。在高校教学中，重视高层次人才的培养，为国家输送了一批振动研究的科技骨干。

张阿舟，出生于江苏省丹阳县的一个书香家庭。从他懂事起，国家一直处于内忧外患的不安定状态，1926-1927年间的北伐战争和军阀混战，1931年“九?一八”之后日寇铁蹄践踏东北三省，这给少年张阿舟以很大的影响。在此期间张阿舟先后在丹阳、无锡等地的小学和中学读书，他深为祖国的深重灾难所震撼，“科学救国”、振兴中华的思想逐渐在他的脑海里形成。

1937年夏，张阿舟以优异成绩考入中央大学航空工程系，获得学校颁发的奖学金。张阿舟报考时，中大尚在南京，录取入学时已搬至重庆。是年11月，张阿舟从家乡到达重庆，途中目睹官商百姓颠沛流离，纷纷逃往大后方避难，深感祖国积弱太深，作为一个学子必须用功学习，学好本领，奋起振兴。他抱着“科学救国”、“航空救国”的思想刻苦学习，1941年夏以优异成绩毕业，获工学士学位。

大学毕业后，张阿舟留校任航空工程系助教，在系主任罗荣安教授主持下，从事初级滑翔机的设计和制造。他负责设计工作，完成了全套设计图纸，先后制造了6架，参加了1943年航空运动委员会在重庆举行的百架滑翔机展览和表演。张阿舟所设计的初级滑翔机飞行表演十分成功，当时有人私下愿出1万银元购买全套图纸。1943年8月，张阿舟离开中大去昆明中央机器厂任助理工程师，从事铸造、热处理等技术工作，同时参加了庚款留英考试。1944年5月，张阿舟去成都中央航空研究院工作，任设计科试造场佐理员，在副院长、中国早期飞机设计师王助领导下，从事运输滑翔机的制造工作。这种滑翔机是当时设想中的空中列车的一部分，用于航空运输。张阿舟在试制中是技术负责人。该滑翔机利用四川竹产丰富的特点，采用独特的层竹结构，其强度胜过层板。未及该机设计制造工作完竣，张阿舟被庚款留英考试录取，同年8月间取道印度转赴英国，11月抵达，进入英国布列斯托（Bristol）大学攻读研究生。他的硕士论文题目是：“薄壁尖削比机翼的扭转”，主要用自制的明胶玻璃模型研究和验证他创新的尖削机翼扭转理论。1947年8月，获科学硕士学位。接着由导师推荐进入布列斯托飞机工厂研究与发展部工作，任技术员。这一方面是为他继续留英深造筹措经费，另一方面也为他将来的博士论文搜集资料。一年后他继续进布列斯托大学攻读博士学位，指导教师是英国航空界结构强度元老A．G．泼斯莱（Pugsley）爵士和空气动力学权威A．R．柯拉（Collar）教授，后来，他们均先后担任过英国皇家航空学会主席。张阿舟的博士论文题目是“半硬壳机身大开口的应力分析”，这是针对当时英国发展大型运输机BrabazonⅠ机身大开口问题提出的，理论结果与全尺寸试验结果吻合很好。1949年12月通过答辩，获哲学博士学位。同期完成的另一篇重要论文是“加强薄板的二元理论”，发表在英国皇家航空学会季刊1950年第2卷第1期上。

中华人民共和国建立不久，张阿舟同大多数留英学生一样内心极为振奋，亟盼及早回国参加新中国的建设。1950年1月，张阿舟在我国驻英人员的组织下，经香港顺利回国。回国后，分配到重工业部学习和工作。1951年10月按该部航空工业局的分派，到南昌飞机制造厂报到，任主工程师，主要负责飞机维修和试制方面的技术工作。1952年后参加了初教5飞机的仿制工作。1955年5月，张阿舟调南京航空学院（现名南京航空航天大学）工作。先后任教授、科学研究部主任、研究室主任、副院长、研究所所长和名誉所长、院学术委员会主任、学报编委会主任等职。他长期担任力学和飞机设计等学科的教学工作，先后开设过“高等数学”、“自动调节原理”、“薄壁结构力学”、“飞机强度计算”、“理论力学”、“直升机部件设计”、“直升机振动基础”、“随机振动”、“波在结构中的传播”等多门课程，主编或参与编写过《飞机强度计算》、《飞行器振动基础》等多种教材，为学校的学科建设作出了重要贡献。他自60年代初开始招收研究生，并于1981年起招收固体力学学科博士研究生，是中国首批博士研究生指导教师，已先后培养了硕士和博士研究生数十名，为国家输送了一批振动研究的科技骨干。与此同时，他积极开展科学研究工作。60年代前主要从事飞机静强度方面的理论研究，继续运用解析方法进行结构应力分析。60年代初期起，张阿舟的研究方向转向振动理论和应用研究。1983年南京航空学院成立了以他为主任的振动研究室，1987年扩大成立以他为所长的振动工程研究所，进一步全面、深入地推动了振动工程学科的研究。

张阿舟在振动理论和方法研究的基础上，并在机械故障诊断和监测技术方面作出了重大贡献。80年代以来，他又以极大的热情从事航空基础研究工作。他还积极参加了国家航空航天科技发展战略、规划和立项等论证及咨询工作，并被聘为航空航天工业部干线飞机的特邀顾问等。他十分重视并积极参加教育改革工作，对如何改革飞机设计人才特别是高层次设计人才的培养方法和途径问题，发表了许多重要建议和意见。

张阿舟历任第三、五、六、七、八届全国人民代表大会代表，国务院学位委员会学科评议组成员，航空航天工业部历届科学技术委员会委员。曾任中国航空学会副理事长，中国力学学会理事，江苏省航空学会理事长，现任中国振动工程学会顾问、江苏省振动工程学会名誉理事长、《南京航空航天大学学报》编委会主任。张阿舟1987年5月加入中国民主建国会。

张阿舟 - 生平年表

1920年4月14日　生于江苏省丹阳县（今丹阳市）
1937年-1941年　中央大学航空工程系学习，获工学士学位。
1941年-1943年　中央大学航空工程系助教。
1943年-1944年　中央机器厂助理工程师。
1944年-1945年　中央航空研究院佐理员。
1945年-1947年　英国布列斯托（Bristol）大学硕士研究生，获科学硕士学位。
1947年-1948年　英国布列斯托飞机工厂技术员。
1948年-1949年　英国布列斯托大学博士研究生，获哲学博士学位。
1950年-1951年　重工业部学习和工作。
1951年-1955年　南昌飞机制造厂主工程师，设计科代科长。
1955年　南京航空学院（现为南京航空航天大学）教授，科学研究部主任，研究室主任，副院长，院学术委员会主任，学报编委会主任，研究所所长，名誉所长等。

张阿舟 - 主要论著

1、张阿舟，《加强薄板的二元理论》，英国皇家航空学会季刊，1950年，2（1）
2、张阿舟，邓宗彦，丁锡洪，《等跨距等截面（指EJ）连续梁的新解法：差分方程法》，南航学报，1957年，（2）
3、张阿舟，《具有长方形边界的二元弹性问题的直接解法》，南航学报，1957年，（1）
4、张阿舟，《飞机机身大开口静力试验》，南航学报，1958年，（1）
5、张阿舟，《有关应力蒙皮式直机翼的限制扭转的几个问题》，南航学报，1959年，（4）
6、张阿舟、邓宗彦、丁锡洪，《等跨距等截面（指EJ）等弹性支座（指K）连续梁的新解法：差分方程法》，南航学报，1959年，（1）
7、张阿舟，《飞机强度计算》，南京：南京航空学院教材，1959年
8、张阿舟，《圆环的傅里叶级数解法》，南京航空学院第2次科学报告会论文选集（下），1962年
9、张阿舟，《应力应变圆》，南航学报，1963年，（1）
10、张阿舟，《柔框机身应力分析》，南航学报，1963年，（2）
11、张阿舟、李岳锋，《频率辨》，南航学报，1964年，（3）
12、张阿舟等，《飞行器振动基础》，北京：航空部教材编审组航空高校统编教材，1976年
13、张阿舟，《飞行器结构振动的有关问题》，南航学报，1980年，（2）
14、张阿舟、林佳铿，《杆元素和梁元素的动刚度矩阵》，南航学报，1980年，（3）
15、张阿舟、林佳铿，《用连续质量有限元素法求解动力系统的固有特性》，南航学报，1981年，（4）；固体力学报，1985年，（2）
16、张阿舟，《结构动力学若干问题的回顾》，南航学报，1982年，（1）
17、张阿舟、林佳铿，《连续质量有限元素法》，南航学报（英文选刊），1982年，1（1）；1982年上海国际有限元会议论文集
18、张阿舟、张令弥，《振动系统参数识别的若干问题与展望》，南航学报，1983年，（1）
19、张阿舟、朱德懋，《阻尼系统的振动分析》，南航学报，1983年，（1）；航空学报，1984年，（3）
20、张阿舟，《结构动力学的研究——南航振动研究室成立以来的科研工作》，南航学报，1984年，（3）
21、张阿舟、张克荣，姚起杭等，《振动环境工程》，北京：航空工业出版社，1987年
22、张阿舟主编，《振动数字信号处理程序库》，北京：科学出版社，1988年
23、张阿舟，姚起杭等，《振动控制工程》，北京：航空工业出版社，1989年
24、张阿舟主编，《振动实用工程》，北京：航空工业出版社，1991年
25、张阿舟、赵淳生，《桩—土系统动力特性的新的数学模型》，首届美国计算力学会议，1991年
26、张阿舟、孙平凡、杨为柱等，《试谈飞机设计一体化教育》，南航学报，1991年，（2）
27、张阿舟，《试论飞机设计人才的培养问题》，南航教育学报，1994年（4）

张阿舟 - 自制飞机

1941年夏，张阿舟大学毕业后，先后在中央大学和中央航空研究院从事两种滑翔机的设计、技术工作。在这两项工作中，张阿舟锋芒初露，显示出较强的设计才华和处理技术问题的能力。留学英国期间，他又进入布列斯托飞机工厂工作一年，由于当时英国正在执行发展民航的Brabazon计划，使他受到了现代航空工业的直接熏陶。这些为他以后长期从事航空科技和教育事业打下了坚实的基础。

1951年10月，张阿舟调到南昌飞机制造厂后，从事飞机修理、飞机零部件制造等技术工作。试制中华人民共和国成立后第一批自制飞机——初教5，之后他全身心地投入了飞机的试制。初教5是按苏联雅克-18飞机仿制的初级教练机，具有构架式机身骨架、矩形中翼和两个梯形外翼，安装了一台活塞式发动机和木质螺旋桨。机上装有航空仪表、发动机仪表、无线电台和半罗盘、机内通话设备等。可以使学员在学完各种初级训练科目后，掌握飞机的使用性能。1954年4月，国家根据当时空军迫切需要初级教练机，而南昌飞机制造厂又掌握了雅克-18等五种飞机修理和零部件制造技术的实际情况，下达了提前试制这种飞机的任务。张阿舟在试制工作中，先是给技术员和工人讲授模线样板工作法，继而负责发图，处理超差、协调等工作，后来奉命主持静力试验和参加试飞工作。

飞机静力试验当时是项全新的工作，在中国是首次进行，在张阿舟有条不紊的指挥下，试验人员井然有序地进行加载、读数、测量、记录。当加载至设计载荷的105%-110%时，轰然发出一声巨响，飞机在外翼前梁处断裂，全机强度符合设计要求，首次进行的全机静力试验获得了成功。后来又陆续完成了中翼、副翼、机身等14个部件、57种设计情况的静力试验，各部件强度均达到设计要求。至此初教5静力试验全部完成，试验证明飞机的强度合格。

7月初开始，张阿舟登机参加飞机试飞，体验和纪录了最大平飞速度、最大升限等飞行性能。经过一系列飞行试验后，国家试飞委员会认定初教5飞机性能符合技术要求，可以进行成批生产，提供空军训练使用，从此开创了新中国自制飞机的历史。党中央、毛主席给厂里发来了贺电。张阿舟由于在试制工作中的突出贡献，荣立特等功。

此后不久，张阿舟虽然离开了直接生产飞机的航空工厂，但他一直以极大的热情关注着中国飞机生产的发展。70年代以来，他先后参加了运10和水轰5等飞机的振动分析和排故工作，多次为运10飞机的命运和发展中国自己的干线客机奔走呼号，并热心为直9直升机的全机静力试验献计献策。他还积极参加了中国航空、航天工业发展战略的论证和咨询工作，先后对关于中国发展航天飞机和国产干线飞机，关于发展中国飞机设计的技术途径、关于应重点抓飞机设计的基本建设（规范、标准）等重大问题，向国家和航空航天工业部提出过多项重要意见和建议，受到国家和部门有关领导的高度重视和采纳。1991年3月，他还在全国人大七届四次全议上，领衔参加110名代表联名提出的关于制定中国航空工业振兴法的议案。

张阿舟 - 发展理论

奠定了新中国飞机强度试验基础。1954年，在新中国第一架自制飞机的静力试验中，张阿舟负责制订的整套全机和部件试验方案、主持制造安装的全套试验设备、出色的现场指挥，以及后来总结的各项报告，开创了中国飞机强度试验的先例，奠定了中国飞机静力试验的基础。试验工作历时83天，原先预计可能出现的一些问题，由于苏联顾问的帮助，事先的周密准备以及采取了预防措施，组织工作严密，特别是张阿舟出色的现场指挥，保证了试验工作的顺利完成。初教5静力试验的成功，不仅为下一步试飞鉴定提供科学数据，而且为以后的新机研制的试验工作提供了宝贵的经验。

发展了飞机强度理论。张阿舟的硕士论文题目是《薄壁尖削比机翼的扭转》，研究并开创了尖削机翼的弹性扭转理论。博士论文题目是《半硬壳机身大开口的应力分析》，这是针对英国发展当时世界上最大的运输机BrabazonⅠ需要舱门大开口而选定的。论文提出了大型复杂不连续结构的弹性应力分析理论，并为全尺寸试验结果所证实。同期，还写出论文《加强薄板的二元理论》，在英国皇家航空学会季刊1950年第2卷第1期上发表，这是运用解析方法解决应力分析问题的又一项重要成果。

当时，半硬壳式结构正在飞机结构上被广泛采用，需要应力分析的基础理论来指导。均匀各向同性的薄板的弹性力学二元理论已经成熟，在此基础上，张阿舟首先提出将正交加强的薄壁结构转化为当量的正交异性均匀薄板的方法，然后建立了完整的二元理论及其解法。随后利用同样的途径，解决了圆筒形半硬壳机身的应力分析。当找到了非收敛级数的求和法（尾部特性分析法）以后，顺利地解决了半硬壳式大开口机身的应力分析问题。同时也解决了平板承受集中载荷下的二元应力场问题。

1955年调入南京航空学院后，张阿舟继续运用解析法从事飞机结构强度的研究。从50年代后期到60年代初期先后发表了十多篇有关飞机静强度的研究论文，提出了一系列强度计算的原则、方法，重要的有：《等跨距等截面（指EJ）连续梁的新解法：差分方程法》、《等跨距等截面（指EJ）等弹性支座（指K）连续梁的新解法：差分方程法》、《飞机机身大开口静力试验》、《圆环的傅里叶级数解法》、《应力应变圆》、《柔框机身应力分析》等。

张阿舟 - 突出贡献

60年代初期以来，张阿舟的研究方向由飞机设计和强度研究转向结构振动理论和应用研究。开始侧重研究振动基本理论和方法，继而转向工程应用。在形成和发展中国结构动力学的学科体系过程中作出了突出的贡献。

振动基本理论、方法和设备研究

60年代初期，张阿舟指导研究生对悬臂薄板的动力特性进行了系统深入的实验研究，获得了悬臂薄板的固有频率和振型节线分布的大量实验结果。以此可以一定程度上反映近代高速飞机和导弹的翼面和尾面的动力特性，为颤振计算和飞行颤振试验包括地面共振试验提供参考资料。并同研究生联名发表《频率辨》论文，对单自由度粘性阻尼线性系统的各种特性频率：固有频率、自然频率、（位移）振幅共振频率和加速度振幅共振频率作了精辟的分析，从理论上澄清了它们各自的含义和特定的界限。同时指导青年教师研制电磁式激振器，先后研制成各种型号多种规格的激振器和功放设备，在国内多家工厂定点生产，获得了广泛的应用。70年代中期，他对结构动力学的概念、学科内容、分类及其界限、同相邻和相关学科的关系，以及研究方向作了系统的阐述，所发表的代表性论文有《飞行器振动的有关问题》、《结构动力学若干问题的回顾》和《结构动力学的研究》等。

开创了结构动力学的逆问题——参数识别问题的研究

70年代后期，张阿舟带领一批中青年教师和研究生发展了适调多点激振法、频域识别法、时域识别法、统计识别法，特别是研究创立了具有国际先进水平的卡尔曼滤波识别法、双递推最小二乘识别法、多输入／多输出参数识别法等。他所主编的《振动数字信号处理程序库》、主审的《机械振动参数识别及其应用》，正是上述研究成果的发展和总结。这些方法和技术是在他的指导下完成的，已编制各种软件，成功地应用歼7Ⅱ、歼7E 、强5、直8等飞机结构的设计和试验中，先后获得了部、省的多次奖励。

发展和完善了复模态理论

过去对欠阻尼结构的动力分析，假定结构阻尼是比例阻尼，亦即这个阻尼系统可用固有振型作为广义坐标进行解耦。但70年代以来，航空、航天结构中，为了降低振动水平，大量采用了高阻尼材料和阻尼器，一般都不满足比例阻尼条件。对于这种非比例阻尼结构系统，传统的模态分析方法已不能适用，为此张阿舟深入研究了非比例阻尼系统，发展和完善了复模态理论。其代表性论文有：“关于复模态理论的几个问题”和“阻尼系统的振动分析”。复模态理论全面地阐述了一般线性粘性阻尼情况下，出现的复模态现象，给出了复模态正交条件以及它们的能量意义。它对自由振动响应和强迫振动响应，包括脉冲响应、传递函数和频率响应都作了深入的分析，很好的解释了线性系统振动中出现的种种现象，澄清了国内外长期流行的一些错误概念，为模态参数识别技术和系统动力响应分析提供了有力的理论基础，推动了模态参数识别方法和物理参数识别方法的发展。

首先提出了连续质量有限元素法

有限元素法把无限自由度的复杂弹性结构理想化为有限自由度的线性系统，利用电子计算机使问题得到求解。但它应用到动力学问题中首先遇到的困难是如何处理结构惯性问题。传统的有限元素法都是沿用静力学中的刚度矩阵，并把质量聚集到节点上（聚集质量法）形成对角质量矩阵；或假定位移形状函数，利用变分原理导出刚度矩阵和质量矩阵，去求解动力问题，从而产生了高阶模态频率和内应力分布误差的弊端。为此，张阿舟提出了连续质量有限元素法，摒弃了聚集质量的做法和对位移形状函数的假设，而是按照结构真实质量分布、惯性力分布导出其刚度矩阵，或“动刚度矩阵”，以此描述结构的数学模型。据此导得均匀截面和线性变截面一维元件，如杆、轴、梁等的多种有限元动刚度矩阵，并成功应用于直升机旋翼动力分析上。即使用它们去逼近截面变化更复杂的元件，也能得到足够精确的计算结果。这项研究工作受到了荷兰、英国、南斯拉夫等国学者的重视和关注。

率先研究了航空结构的动力响应问题

70年代中期，张阿舟以国产大型客机运10为对象，在国内首先研究了飞机的对称着陆冲击响应。将随机过程经统计转为确定性问题，考虑了机轮起转、起落架弹性回弹等重要因素，给出了简化的模型和运动方程的解法，计算了这一动力学过程的时间历程，回答了一系列过去不可理解的问题，为正确理解和使用国外的新版飞机强度规范，为起落架减震器设计和起落架、机体结构的强度计算提供了理论根据。

为了预估飞行器结构对喷气噪声、附面层压力波动的动力响应，张阿舟及其助手们在国内首先发展了高频宽带随机响应统计能量法，提出了非保守耦合系统统计能量关系与高频、宽频带随机响应预估基本方程，以及结构统计能量参数识别方法。该研究成果于1988年获航空航天工业部科技进步二等奖。

机械故障诊断和监测技术上的重大贡献

1984年，张阿舟在国内率先招收从事机械故障诊断研究的博士研究生，开辟了新的研究方向。

在“结构故障的振动监测和诊断的研究”项目中，首先提出了用敏感度参数作为度量振动特性对故障的敏感性指标；论证了模态特性对故障的不敏感性；给出了频响函数对物理参数变化的关系式。特别是提出了频响函数敏感区和故障的图象识别新方法。该研究不仅在理论上开拓了新的研究方向，而且在方法上有很大创造性和实用性，达到国际先进水平，1987年获国家教委科技进步二等奖。

在“从振动信号中提取故障特征信息的研究”中，张阿舟和他的博士研究生首先提出了“频域相关谱”的概念，首次证明了从样本的有限傅里叶变换得到的三阶谱等阶于三阶相关定义的三阶谱；首次提出了对同一滚动轴承具有多个同类故障的诊断理论；在应用传统的共振解调技术的基础上，发展了一种宽带解调技术，比共振解调技术能更有效地提取故障特征信息。

在张阿舟的指导下，他的助手和研究生根据所发展的故障诊断理论，研制出MDS-1、MDS-2、MDS-3智能在线故障诊断系统（硬件和软件），在国内处于领先地位，这些诊断系统已广泛应用于钢铁、船舶和石化工业部门，取得了可观的经济效益。

张阿舟 - 学术带头人

70年代后期以来，张阿舟根据航空工业打基础上水平的需要，先后主持制定和编审了飞机结构强度和振动方面的多种规范、标准和手册，为中国航空工业的发展作了大量基础工作。

飞机振动环境试验标准的制定

70年代末，航空系统由标准化研究所牵头，组织南航、试飞所等七单位成立了飞机振动环境标准技术组，由张阿舟任组长，决定对现役飞机各机种的振动水平进行普遍实测，并开展有关测试数据处理和试验方法的专题研究，走向自行制定标准的道路。在张阿舟的主持下，各单位分工合作，先后制定和出版的标准有：

《机载设备环境条件及试验方法——振动》，1984年12月作为航空工业部标准HB58305-84发布，成为部内各类航空产品技术条件和试验技术的依据，为保障产品质量和飞行安全作出了贡献。获部科技进步一等奖。

《飞机飞行振动环境测量数据的归纳法》，1985年1月以部标HB/Z87-84颁布，获部科技进步二等奖。

《飞机振动冲击环境名词术语》，1985年1月以部标HB5864-84颁布，为统一振动、冲击名词术语作了规范化工作。

在上述研究工作的基础上，张阿舟领导技术组通力合作，编著出版了《振动环境工程》专著，为振动学科中这一分支学科的建立和发展奠定了基础。

飞机强度和刚度规范的研究

80年代初期起，张阿舟先后被聘为《军用飞机强度和刚度规范》（1986年获部科技进步一等奖，国家科技进步二等奖）、《军用直升机强度和刚度规范》（1988年获部科技进步二等奖）、《军用直升机飞行品质规范——振动》等规范（包括工程应用说明书和背景材料）的主编和主审，量大面广，张阿舟付出了极大的劳动和心血，从中发挥了技术组织、技术把关等重要作用，1985年曾被航空工业部命名为“飞机强度规范研究先进工作者”。

这些标准、规范是在总结中国航空工业几十年来的研究、设计、生产、试验和使用经验的基础上，参照国际先进航空科技成果，发挥中国航空界各方面专家的集体智慧编著而成的，已成为国标、军标和部标，颁布执行，是中国航空产品设计、生产和验收的准绳，正在实际中逐步得到贯彻和推广。张阿舟一贯注重自力更生，以我为主，致力于逐步建立起中国自己完整的规范、标准体系，以促进中国航空工业的发展。他是中国航空界这方面公认的学术带头人。