年9月12日是父亲刘其昶先生的百岁诞辰。父亲过世已有十九年了,但他的音容笑貌仍然历历在目,谆谆教导仍在耳边环绕。父亲没有离开,仍在继续引导着我们!值此父亲百岁诞辰之时,转载《20世纪中国知名科学家学术成就概览》一书中有关父亲刘其昶先生的一篇传记,以缅怀父亲,纪念父亲的百岁诞辰!
刘其昶摄于交通大学求学时
刘其昶(~),浙江杭州人。电气工程领域的套管专家和电工教育家,中国电气绝缘学科奠基人之一。年毕业于交通大学电机系,年回母校任教,年举家随校迁往西安。历任西安交通大学电气绝缘教研室主任、中国电工技术学会电工陶瓷专业委员会副主任委员、电力电容器专业委员会副主任委员和荣誉委员、绝缘子标准化委员会和中小电机绝缘学组委员等。20世纪50年代在国内首次开出电磁设计和电气绝缘设计等课程,编著了中国第一部《电气绝缘结构设计原理》高等学校教科书,开创了中国电力设备绝缘结构设计理论的教学与研究工作;在中国第一根KV电容式高压套管设计与制造、新型高原用并联电容器研制、高压大电机线圈碳化硅防晕技术研究与应用等重要课题中做出了卓越贡献,并获得国家部委和省级多项奖。作为副主编,编撰了《电工绝缘手册》《电机工程手册》《英汉电工电子新词典》等大型手册。年获中国电工技术学会“元老杯”奖,年获得王宽诚教育特别奖;曾入选《当代中国科技名人成就大典》。
一、求学历程
刘其昶年9月12日生于浙江省杭州市书香门第。父亲常年在绍兴任职,很少回家,刘其昶的启蒙教育主要来自母亲。母亲言传身教做人的礼仪,传授诗词古文、书法弈艺等。少年刘其昶就知书达理,行为端正。家中兄弟姐妹八人中,刘其昶为长。小学毕业时,老师看其家中困难,孩子又多,就好心介绍刘其昶去店里做伙计,但母亲认为家中再苦再穷也要尽可能让长子多读些书。
上学读书的刘其昶学习勤奋,各门功课成绩优异,深得老师赞赏。中学期间迷上了“无线电”,自己动手安装真空管收音机,并自制了“药水电池”给收音机供电。这个活动增加了他学习的兴趣,做到了理论联系实际,提高了动手能力,深化了他所学的数理化知识。初中毕业后,刘其昶考取了浙江省著名的杭州高级中学。
当时中国战乱不断,日本发动了对华侵略战争,大举南进直逼沪杭等地。时常有日本飞机飞来杭州轰炸,每次日本飞机飞来时,城里人就外逃躲避。一次逃难中母亲双脚陷入泥塘,拔出脚来鞋子已经没了,刘其昶立刻脱下自己的鞋给母亲穿上,自己光着脚与家人一起逃难。日本飞机飞走了,大家又回到自己家中,但有一次日本飞机将家里的房子和整个一条街都炸了,全家只好到母亲的娘家浙江富阳里山避难。年7月抗日战争爆发,刘其昶随就读的杭州高级中学由杭州迁到金华农村锁园继续上课。他亲眼看到沿铁路线逃难的人不计其数。国仇家恨,使刘其昶树立了“国家兴亡,匹夫有责”的信念。在极其恶劣的情况下,年冬天刘其昶于杭州高级中学毕业。
年他辗转到上海求学,投靠远房亲戚,是年考上交通大学,入电机系学习,之前刘氏家族有几人报考交通大学均未录取,所以远房亲戚顿觉颜面大增。当时战火纷飞,上海已沦陷,交通大学部分师生迁至法租界内的震旦大学继续开学上课,条件十分艰苦。刘其昶为完成学业,靠做家教维持生活。为买一把计算尺,做一个暑假的家教还差两块钱,后亲戚凑了两块钱,才买了计算尺。之后辗转许多地方,他一直保留此计算尺做纪念。
在交通大学的四年学习,深深地铭刻在刘其昶的心里。学校老师教学严谨、概念清晰、言语精炼、由浅入深、循循善诱。初步培养了他独立工作的能力,从而提高了学习的自觉性和进一步明确了学习目标。交通大学基础厚、要求严的治学之道培养了他严谨、务实、进取的科学态度,不断学习更新知识,不断求索开拓知识面的习惯。年,刘其昶已是古稀之年,退休之后仍在学习计算机原理和应用软件的应用,并向年轻人求教。他说,如不了解计算机知识,不会计算机的应用,就会落伍的。刘其昶在撰写的《要发扬“师生永契”的精神》一文中说,“五十年前我在交大的四年学习中,许多人和事都已记不清了,但至今仍有许多关于教师的美好回忆,记忆犹新,如在目前,正是他们帮助了我开发自己,激励我迎接了以后人生中严峻的考验。”
交通大学的毕业证书
二、治学方略
年夏交通大学毕业后,刘其昶先后到上海电力公司和海关工作。当时上海已沦陷在日本人的统治之下,刘其昶因在工作中公开顶撞了日本人,且发生了肢体冲突,而愤然辞职,之后到香港、天津工作。
年夏,刘其昶回到交通大学任教,在电机系新设立的电气绝缘专业任讲师,主讲电工材料课程并开始从事该新专业的科学研究工作和准备开设新课程。年交通大学按国务院的指示逐步迁至西安,年春电机系各专业教研室均迁至西安,刘其昶积极响应国家号召举家随学校西迁。电气绝缘学科涉及物理、化学、电气、材料和机械等多学科的交叉,涉及从基础科学到工程技术的跨越。建立起一套能经受历史和工程实践考验的课程体系成了当时专业人才培养的首要重任。新专业汲取当时苏联大学里绝缘专业的经验,结合我国基础教育的水平和工程实践,决定在专业教学中设置电介质物理学、电介质化学、电气绝缘结构设计原理和电气绝缘测试技术等主干课程。刘其昶承担了电气绝缘结构设计原理课程的建设任务。
年绝缘教研室全体教师摄于交通大学上海徐家汇校区
年与苏联专家摄于交通大学上海徐家汇校区
他首次开设了电瓷设计和电气绝缘结构设计两门新课程,编写了系统性的教材。20世纪50年代是新中国经济恢复时期,“一穷二白”的中国急需电力工程建设人才,交大把国家建设中急需的工程师作为大学生的培养目标,即所谓的“工程师的摇篮”。刘其昶认为电气绝缘专业应该有这样的一部理论联系工程实践的教材。尽管当时连一本可供参考的讲义也没有。在后来的日子里,他废寝忘食,在图书馆查询了大量国外的资料和杂志,在生产厂家收集资料和数据,绘出了大量的结构图,把从文献和设计研究部门搜集来的零碎数据和资料,提炼整理,编写出了我国第一本《电气绝缘结构设计原理》教科书。他同时也将自己的聪明才智和工程实践经验凝练在这本书中,理论联系实际地发展和建立了电瓷和绝缘结构设计的系统知识。为培养新中国第一代超高压电瓷产品和绝缘结构设计工程师做出了重要贡献。这本教科书几十年来,仍是科技人员在工作中的重要参考资料,影响和培育了中国几代绝缘工程技术人员。他被我国电工界誉为“套管专家”。
刘其昶治学严谨,要求学生的论文中不得有错别字;要求青年教师在板书时,字迹要清楚,横要写平,竖要写直,画坐标要规范。有一次一位青年教师作学术报告,在黑板上写一个“薄”字时,随意将三点水写在了字的偏旁处,他立即给予指正。他认为对一名好教师来说,这些要求都不是多余的。高等院校的首要任务是培养人才,而人才培养必须重视素质培养,要求德才兼备。他认为:“德”是人的灵魂,是主导,“才”只能在“德”的指导下才能发挥有益的作用,否则有才无德反而可能危害社会;德的培养既要靠教育,也要靠环境的潜移默化,学校领导和广大教职员工都是学生的表率,特别是教师“为人师表责无旁贷”,必须以身作则严格要求自己才能严格要求学生;坚持“求是、务实”的作风,自觉抵制社会各种“不正之风”对高等学校这一神圣学府的侵蚀,以培养出更多更好的社会主义建设人才。
刘其昶历来提倡“继往开来”,重视青年培养工作。他退休之前,把自己在学会中的各个职务移交给青年教师,并指导他们如何开展工作。他鼓励青年积极上进,在思想上、业务上对青年教师和青年学生不断提出严格要求,敢于正面指出缺点,并且切实给予具体指导,教书育人、他循循教导青年教师和青年学生要扎扎实实打好基础,意味深长地指出:当你吃最后一个馒头而饱肚时,且不要忘记前面所吃馒头的作用。他主张在开始演练时不妨先“照猫画虎”,即先练好基本功,再循序渐进精益求精。刘其昶认为,自己身为现代教师,不仅要培养学生能掌握现代科学知识,更重要的是掌握先进的科学思想方法和工作能力,不仅要言传、身教,而且要满腔热忱地培养学生成为对兴旺国家和造福人类具有发展意义的人才。刘其昶有记工作笔记的习惯,几十年的工作几十本工作笔记,洋洋洒洒记录了工作中的心得体会、工作计划、资料信息等,其中部分工作笔记本已被收藏在西安交通大学的档案馆内。
刘其昶一贯关心学校的发展和绝缘专业的建设。通过各种渠道积极献计献策,主张拓宽专业面,充实高新科学技术内容,处理好新老学科内容关系,促进了学校的教学改革。他任电气绝缘教研室主任时,力主学术思想开放,科研选题中强调紧密联系国民经济建设和发挥教师的各自特长,充分调动了教师的积极性,大大推动了绝缘学科科研的发展。年10月1日,已经80岁高龄的刘其昶,在“谈绝缘专业教学改革的一些意见”建议书中,详尽地分析了国内外大学教育的差异,即理论知识人不如我,实践能力我不如人。从基础课、技术基础课到专业课的教学课程体系设置,到毕业生在传统的电工制造、电力和电子,以及在新兴的航空航天、原子能、计算机、通讯、生物工程等行业方向的就业特点。他认为专业的改革应具有独立性、主导性、综合性、学科性和先进性。教学改革的方向是“一宽、二新、三能变”,即知识面要宽而不是太细、太具体;知识要更新,而不是修补老专业;要提高学生独立思考和独立工作的能力,分析能力和实践能力,外语、计算机和新技术新知识的应用能力,以具有应变的本领。
退休后,他不顾年老体弱多病,仍不辞劳苦承担了学校所交给的多项工作。在学校百年华诞时,他精心编著了《师生永契》一书,提供了许多非常宝贵的历史资料,给校庆献上了厚礼。在交大年校庆那天,学生们在他家里见到他时,那是一幅不同于往常的画面。他面带微笑,眼中闪着异样的光彩,稀疏的银发显然经过精心的梳理。一身干净的经过熨烫的灰色中山装显得十分得体,胸前端正地挂着一枚鲜红的西安交通大学校徽。他努力地挺直着快要80岁的身体,一面激动地说话,一面背着双手来回踱步,俨然像是在课堂上讲课一样。他完全是把交大的生日当成自己的生日在过了。交大之所以有今天,不正是与有许多像他这样的先生一直在和交大生死与共、荣辱相依有关吗?
三、学术研究
刘其昶长期从事电力电容器,绝缘子和套管的研究,尤其在电气绝缘结构设计特别是高压套管设计方面进行了大量研究工作,取得了重要成果。
变压器是电力系统中的关键电力设备,变压器用充油套管是其核心部件。在20世纪50年代,高压套管设计时所用的方法一般是先大致估算尺寸,然后进行电场核算,根据核算结果,再对尺寸作必要调整,然后再进行电场核算直到符合要求为止。这个方法的最大缺点是估算的尺寸很不容欧正好是在最有利的情况,所以最好要确立一个能预先掌握电场分布及根据给定条件而计算尺寸的方法,而在当时对于高压充油套管的计算在文献中尚无完整的计算方法。年,刘其昶以苏联专家曼特洛夫“电气绝缘结构的计算和设计”课程教学为基础,到工厂实地了解充油套管实际生产过程,提出了高压充油套管的计算方法。从套管内部绝缘结构分析出发,建立了充油套管中电场分布、最小直径和轴向均匀电场的计算方法,为我国高压电瓷行业中套管结构的设计和制造奠定了理论基础。
近代高压输电线路上的绝缘子数以百万计,绝缘子是电网系统中用量最多的电绝缘部件,早期的绝缘子多由电瓷制成。这些绝缘子在使用过程中受到外因(如电压和机械负荷、导线振动、温度和湿度、化学腐蚀等)的长期作用,通过绝缘子在制造上的内因(如瓷质不均匀、生烧、釉层不良、设计或装配不良等)而起了物理或化学变化,使绝缘子的性能或结构随着时间的增长发生不可逆的劣化,终至不堪使用,导致绝缘子老化。为了电网的安全可靠运行,绝缘子老化特别是线路绝缘子的老化问题的研究就具有极其重要的意义。年,刘其昶针对国产绝缘子的老化率远高于日本和苏联这一问题,建立了绝缘子老化检查和统计的方法,系统深入地分析了高压绝缘子老化产生的内、外原因,提出了改进措施和方向,建议对绝缘子老化研究应由运行部门和制造部门等共同协作开展。同时,在对新旧绝缘子进行大量试验的基础上,提出了人工加速老化的试验方法,对国产绝缘子产品性能的提高起到指导作用。
年,刘其昶提出要开展绝缘结构可靠研究。电力系统中电工设备的可靠性十分重要,它关系到电力系统的安全送电和国民经济。电工设备包括电机、变压器等重大设备,一般由导体、磁路、绝缘和机械结构等部分构成,而其中绝缘部分往往属于最薄弱环节。统计表明,电力系统的停电事故,50%~80%是由于绝缘故障引起。如发电机线圈绝缘的老化和击穿、变压器线圈匝间绝缘在雷电过电压袭击下的击穿、线路和电站绝缘子在污秽情况下的闪络、电缆终端和接头的损坏等,都是电力系统中最常出现的停电事故原因。再如线路绝缘子和电站绝缘子在电力系统中为数甚大,一但发生损坏,绝缘子本身的经济损失可能不大,但往往引起停电事故影响工农业生产,或者损坏其他设备甚至发生人生伤亡事故。因此,电工设备的可靠性在很大程度上取决于绝缘结构的可靠性,因此绝缘结构的设计不能因强调成本而忽视其可靠性。
当时,可靠性问题的研究,最先在电子工业和航天工业中得到重视,而对于机电设备和产品、应用可靠性理论对产品进行可靠性设计和寿命预测等工作尚待开展,我国电工产品技术条件都只有性能指标而无可靠性指标,以致在质量上没有根本性的定量化保证。刘其昶提出,为了提高电工设备和产品的质量,达到国际水平,我们必须开展电工产品的可靠性研究工作。他认为,绝缘结构的可靠性严重地关系着电工产品和电力系统的可靠性。绝缘结构中的绝缘子、电力电容器和电缆可以认为是独立的电工产品,而电机绝缘、变压器绝缘和电器绝缘等则是电工设备的组成部分,对于这些不同类型绝缘结构可靠性的研究,是提高电工产品质量的一个关键性问题,必须要求生产和科研部门共同努力来开展这项工作。同时,他还提出了可靠性评定、故障分析、可靠性设计和可靠性管理等方面的概念,促进了我国在电力设备可靠性方面的研究。
在科研工作中,刘其昶主张:一要有创新的思维,