一門3兄弟皆為航天院士 莊逢辰和他的“燃燒”人生（2）

在錢學(xué)森鼓勵(lì)下研究發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒

1978年6月，長(zhǎng)沙工學(xué)院更名為國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，學(xué)校組建了燃燒理論和熱學(xué)教研室，莊逢辰被任命為室主任。為了提高國(guó)內(nèi)燃燒理論研究的水平，他組織研究團(tuán)隊(duì)建設(shè)了研究性實(shí)驗(yàn)室，美國(guó)、英國(guó)和俄羅斯的燃燒理論和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)專家都前來參觀。他還翻譯了當(dāng)時(shí)美國(guó)剛出版的作為大學(xué)生教材的《燃燒導(dǎo)論》一書，此書于1981年出版，受到全國(guó)同行們的極大歡迎。 

1981年，錢學(xué)森第二次到國(guó)防科大指導(dǎo)工作，給學(xué)校提出了17項(xiàng)國(guó)防前沿迫切需要研究的課題，其中第一項(xiàng)就是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。

會(huì)后莊逢辰得幸向錢學(xué)森請(qǐng)教問題。

錢學(xué)森對(duì)他說：“不同的推進(jìn)劑燃燒性能不一樣，你能否算一算？ 液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步研究，現(xiàn)在還沒有掌握其規(guī)律。”

當(dāng)時(shí)莊逢辰對(duì)錢學(xué)森說，“我大學(xué)學(xué)的是機(jī)械工程，后來調(diào)到動(dòng)力機(jī)械系工作搞鍋爐燃燒，現(xiàn)在又搞航天，是否行轉(zhuǎn)得太多了。”

“學(xué)鍋爐好啊！我大學(xué)學(xué)的是火車頭，也是鍋爐呢！”錢學(xué)森笑著說，“鍋爐和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)只是研究的工程對(duì)象不一樣，但很多基礎(chǔ)理論是相通的。你不單可以研究液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，火箭導(dǎo)彈中的很多問題你都能夠研究。”

這些話給了莊逢辰極大的鼓舞。

1983年，他邀請(qǐng)美國(guó)著名燃燒理論專家F.A.Williams來校講學(xué)，舉辦了為期一個(gè)月的學(xué)習(xí)班。

1990年他將F.A.Williams1985年在美國(guó)正式出版的《燃燒理論-化學(xué)反應(yīng)流動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論》一書翻譯成中文，并作為研究生教材，國(guó)外大學(xué)亦普遍應(yīng)用此書作為研究生教材，被稱為“天書”。

在這期間，他制訂了一個(gè)詳細(xì)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程綜合模型的理論和實(shí)驗(yàn)研究計(jì)劃，提出了要研究的8個(gè)模型和4種計(jì)算方法，根據(jù)航天技術(shù)發(fā)展的需要，結(jié)合研究生的培養(yǎng)，逐步開展研究。這一計(jì)劃，得到著名航天專家任新民的大力支持。　　

當(dāng)時(shí)上海航天局801所正在研制用于331工程的發(fā)動(dòng)機(jī)（后來成為了長(zhǎng)征3號(hào)運(yùn)載火箭的一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)FY-20）,委托莊逢辰率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成該發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室計(jì)算模型研究。他帶領(lǐng)3位老師、5位研究生創(chuàng)立了液體推進(jìn)劑高壓蒸發(fā)和燃燒模型并得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。進(jìn)一步研究成功自燃推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高壓燃燒過程計(jì)算模型，減少了正在研制中的FY-20發(fā)動(dòng)機(jī)的試車次數(shù)，縮短了研制周期，節(jié)省了研制經(jīng)費(fèi)，為我國(guó)331工程第一顆同步通信衛(wèi)星（東方紅2號(hào)）的及時(shí)成功發(fā)射作出了貢獻(xiàn)。航天部上海航天局對(duì)這個(gè)項(xiàng)目研究成果組織了鑒定，認(rèn)為該模型是國(guó)內(nèi)最早提出的一項(xiàng)開創(chuàng)性模型，其中偏二甲肼和四氧化二氮高壓蒸發(fā)模型在國(guó)際上首次提出。該項(xiàng)目獲得了國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

1985年、1987年，他們開展用于發(fā)射東方紅3號(hào)衛(wèi)星的FC-5遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)采用不同推進(jìn)劑的燃燒性能和高空比推力分析。研究結(jié)果為東方紅3號(hào)衛(wèi)星于1997年5月12日成功發(fā)射作出了貢獻(xiàn)。

1988年，他們開展用于長(zhǎng)三甲第3級(jí)的YF-75發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃燒過程仿真計(jì)算和氣氫液氧同軸式大流量噴嘴的理論和試驗(yàn)研究?jī)蓚€(gè)課題。同年，他還與上海航天局801所簽訂了液氧/烴推進(jìn)劑燃燒問題研究的課題。

1993年，他帶領(lǐng)大伙完成了我國(guó)自主研究成功的CAFILRE液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場(chǎng)分析計(jì)算模型、以后又發(fā)展成YF-75發(fā)動(dòng)機(jī)噴注器燃燒過程三維數(shù)值模擬軟件，對(duì)YF-75發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程進(jìn)行計(jì)算，為設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確了解燃燒室內(nèi)部細(xì)節(jié)和正確選擇設(shè)計(jì)參數(shù)提供重要的依據(jù)，受到設(shè)計(jì)人員的歡迎。

（這兩個(gè)項(xiàng)目先后獲軍隊(duì)科技進(jìn)步一、二等獎(jiǎng)）

為載人航天提供技術(shù)支撐

1991年莊逢辰被調(diào)到國(guó)防科工委指揮技術(shù)學(xué)院，但他仍是國(guó)防科大的兼職教授， 后來又成為特聘教授，繼續(xù)指導(dǎo)國(guó)防科技大學(xué)的博士生和科研工作。他的主要研究方向仍然是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。

20世紀(jì)90年代，我國(guó)開始實(shí)施921載人航天工程。載人航天對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性提出了更高的要求。當(dāng)時(shí)正是我國(guó)研制飛船軌控發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵時(shí)刻和艱難時(shí)期。這時(shí)，莊逢辰把主要精力放在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒穩(wěn)定性研究上。經(jīng)過兩年理論和試驗(yàn)研究，完成了“MMH/NTO火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒聲學(xué)不穩(wěn)定性和聲腔阻尼的數(shù)值評(píng)定技術(shù)”，這項(xiàng)成果應(yīng)用在神舟1-4號(hào)試驗(yàn)飛船和2003年10月15日我國(guó)首次載人航天飛行以及以后的各種飛行中， 飛船軌控發(fā)動(dòng)機(jī)和姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒非常穩(wěn)定，保證了飛船的成功變軌和返回。同時(shí)也圓了他1961年想的能為我國(guó)載人飛船發(fā)射作出點(diǎn)貢獻(xiàn)的夢(mèng)。

至此，雖然他在20世紀(jì)60年代創(chuàng)導(dǎo)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模型和數(shù)值仿真的研究已經(jīng)在我國(guó)好幾個(gè)型號(hào)的研制中得到了具體應(yīng)用，但他認(rèn)為應(yīng)用還不夠普遍，有待進(jìn)一步推廣，而且他提出的模型和數(shù)值仿真方法還需要進(jìn)一步發(fā)展。　　

1993年12月，意外不期而至。那天北京剛下過雪，莊逢辰騎車去情報(bào)所的路上不慎摔倒，股骨頸骨折。臥床期間，他帶著傷病仔細(xì)整理30余年寫的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒講義、講稿、研究報(bào)告、發(fā)表的100多篇論文以及其他有關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)原有成果進(jìn)行再創(chuàng)造、再提高，創(chuàng)立了一個(gè)新的學(xué)科體系，在輪椅上完成了學(xué)術(shù)專著“液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴霧燃燒的理論、模型及應(yīng)用”的寫作，以后又到上海801所和北京11所就該書內(nèi)容作介紹和報(bào)告。

1995年該著作正式出版后，得到兩彈元?jiǎng)兹涡旅裨菏浚虾：教旒夹g(shù)研究院孫敬良院士，美國(guó)賓洲大學(xué)推進(jìn)研究中心杰出教授、《Jet Propulsion Power》主編Vigor Yang等國(guó)內(nèi)外專家的高度評(píng)價(jià)，公認(rèn)該書是我國(guó)第一部系統(tǒng)建立和詳細(xì)介紹液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴霧燃燒的理論、模型及及應(yīng)用的專著，對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用和本學(xué)科的發(fā)展起到了重大推動(dòng)作用。該著作獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。