他是一位普通的科研工作者，但他的经历却与众不同；他是一位勤恳的研究员，但他的工作精神却令人肃然起敬；他是一位科学家，主持过的课题多不胜数，获得的奖励和荣誉不胜枚举，研究的创新理论和大型工程硕果累累，他就是中国航天科工集团第四总体设计部研究员杨学实。
　　独开创新型课题 建设创新型国家
　　1965年起，杨学实初步接触导弹型号空气动力热防护设计。在研究过程中他发现，在低热环境的热防护采用的是玻璃钢或高硅氧材料，而玻璃钢或高硅氧材料在复杂外形以及大型尺寸车床加工方面存在严重缺陷，这种防热方案不适合用在所有的导弹型号中，于是独创性提出了‘涂层法’热防护。并成功运用于相应型号。遗憾的是，在当年文化大革命的大背景下，杨学实并未提出理论成果，但他仍坚持不懈的随机进行科学实验研究。时至今日，我国航天型号仍在沿用涂层热防护法。
　　1977年，为了积极响应邓小平同志提出的“科学技术是第一生产力”的号召，杨学实展开深入研究，针对型号设计中低空到高空导弹底部环境条件设计方面，参数因素复杂，虽进行了理论分析，但对结论没有绝对把握时，最好在风洞中火箭燃气喷流实际测量，以便较真实得到设计参数。这个办法是全世界未曾有的冒险实验，我国实现并成功了，创立了在风洞中火箭燃气喷射环境测量试验方法。
　　1979年，杨学实在烧蚀试验过程中，当仔细观察烧蚀状态时，发现边界层气流中有无数亮点物质飞舞。当视线集中在表面一个点时，观察到一个发白的亮点突然变黑，同时表面有亮点物质飞离表面进入气体边界层；之后，留下一个黑点。随即出现黑点逐渐变成暗红、淡红，直至发白发亮。紧接着又是亮点突然变黑，如此反复。当视线移向整个表面时，观察到有无数亮点物质连续地急速飞离表面进入气体边界层，烧蚀表面上交错着“黑星闪烁”，这是一种“快烧蚀现象”。这个现象表明烧蚀表面存在“有限尺度微元”的物质流失。
　　杨学实指出，“前面讲到的‘亮点’就是烧蚀前的热层温度曲线的表面温度，‘黑点’就是烧蚀后的热层温度曲线的表面温度。随着有限尺寸微元脱离表面，也带走了一段温度剖面，称‘流失剖面’；于是‘流失剖面’造成了热漏现象。显然，亮点温度比黑点温度高，在亮点至黑点之间存在一系列的温度点；由于温度点的任意性，使得整个热层存在热漏。于是，从理论角度提出一个问题，在快烧蚀条件下传热数学方程式是否为古典传热方程式呢？不能确定。因为古典传热方程的建立条件，是热层内既没有热源，也没有热漏。因此，只能利用新近建立的物理概念，和数学技巧知识，重新建立具有热漏传热特性的方程式。经过归纳、总结、抽象、提高，利用能量守恒原理，得到了新的‘快烧蚀传热方程式’。结果发现，快烧蚀传热方程式与古典传热方程式不同，相差一个一阶偏微分项，这个偏微分项在方程中的物理含义正好是‘热漏’。这种热漏体现出烧蚀物质越多，热漏越大，热防护效果越好，这正是烧蚀热防护设计所追求的目标。”杨学实特别强调，作为科学研究工作者必须具备如下基本素质：尤其在实验过程中必须认真观察实验现象，注意发现同过去已知的知识范围以外的物理现象，即有所发现；同时具备对物理现象进行深入分析的素质，即有所成果。所谓“数学是科学的科学”，就是它能把客观存在的物理规律以数量关系联系在一起，之后，再进行抽象数学运算。鉴于上述创新，吸引了一批科学院著名专家学者参与研究，并形成了规模研究队伍。
　　“也有少数纯数学工作者对快烧蚀方程中的热漏项提出质疑（《自动化学报》23（2）期）。理由是‘外国人计算烧蚀用的是古典传热方程’，从未见过快烧蚀方程；以此认定外国人既然是正确的话，必然中国人是错误的。严肃地正确判断是：‘那是因为外国人没有认真研究古典方程建立时所须满足的条件，更没有认真研究烧蚀域内存在的热漏’。不能以为外国人错了跟在人家后面犯错就应该理直气壮（《自动化学报》24（2）期）。然而，在‘慢烧蚀’条件下，‘快烧蚀’方程中的热漏项贡献变小，几乎可以忽略，于是快烧蚀方程蜕化为古典方程；这种近似在工程上是允许的。但是，使用古典方程处理烧蚀问题，理论上严格地说，是不恰当的，是错误的。”杨学实说。
　　关于类似核爆中心的极高热环境，如“电磁导轨炮”的导轨放电热环境。它的放电导轨处于30毫米距离内数千伏电压和几十万安培电流放电环境下，热环境极端恶劣。钨渗铜导轨由于烧蚀难以实现连续发射，影响实用价值。同样对于高超音速再入弹头，通常在弹头的音速点附近出现严重烧蚀，造成弹头外形发生改变，致使飞行弹道偏移，弹着点精度偏差变大。如果有一种方法使得弹头表面烧蚀材料以及放电导轨烧蚀材料得到补充，则能保持导弹外形以及放电导轨外形不变，提高实用价值。这种方法是存在的，就是发汗冷却控制方法。
　　杨学实在控制理论创新方面贡献卓越，比如发汗热防护控制：人体出汗能使身体降温，因此发汗具有明显的冷却效果，能够降低结构温度。冬天冷了就封闭毛孔不出汗，天气愈热出汗愈多；或者利用扇风增加皮肤表面水分蒸发来降温。前者是人体的自动控制，后者是人为控制。如果在飞行器上装一瓶冷却剂，利用机体无数微孔结构材料，通过计算机控制，使得飞行器结构表面温度处于不烧蚀状态。实现初始设计外形不变，又使得发汗剂消耗量最少，这就是发汗控制理论要研究的最优控制问题。
　　杨学实说，“同样按照发汗物理概念和数学技巧，利用微元受热能量守恒原理，与局部热平衡，随即又建立了‘发汗传热数学方程式’。结果发现，‘发汗传热数学方程式’同‘快烧蚀传热数学方程式’属于同一类型，也多出一个一阶偏微分热漏项。这个发汗热漏项容易理解：由于外表面存在加热源，使得热层中外表面温度高而内表面温度低而存在的温度逐渐变化过程。当低温发汗剂从低温内壁一路渗流通过温度逐渐升高的热层到达高温外壁面时，存在沿途吸热而产生热层的热漏现象，效果上和烧蚀物质流失类似的热漏性质，物理过程相同因此数学关系属于同一类型。因此，可以把‘发汗传热数学方程式’和‘快烧蚀传热数学方程式’俩数学模型合并，再加入‘工程控制’概念，形成‘变域传热发汗分布参数系统控制’理论课题。如果飞行器不出现烧蚀过程，单就发汗而言，也具备非常优秀的热防护性质。于是从控制论角度，我们得到一组发汗剂流量控制参数既出现在边界条件中，又出现在方程中的分布参数系统控制问题；这组控制问题在国际学术界是空前的”。同时他指出，“就发汗控制方法而言，从低热环境到极高热环境的工程应用角度，也具有十分重要的价值。上述理论的应用对象除了高超音速飞行器，也用于接近核爆中心的极高热环境，如电磁导轨炮的导轨放电热环境，尤其电磁炮连续发射问题”。1985年，他在《自动化学报》上发起了“烧蚀发汗冷却控制”理论研究。国际上命名该方程为“杨学实方程”。
　　1991年起，杨学实在导弹型号空气动力学工程设计任务之余，同时开展理论研究。上述“变域传热发汗分布参数系统控制”理论研究获得国家自然科学基金资助，并连续三期主持基金项目。研究班子以中科院系统所和航天部高级研究人员为核心，国际院士和国内重要研究单位和大学参与，约30多人。其间，他每年在北京主持召开研究成果学术讨论会，每年论文有30多篇。研究内容包括对其提出的三项新思想相结合的研究，即发汗对结构温度的影响、快烧蚀变域热传导、分布参数系统控制。这三项结合，为变域传热发汗分布参数控制课题的理论研究、实验研究和应用研究相互促进奠定了基础。归纳为动边界分布参数系统控制。随着研究的深入引导，内容越来越丰富，在一维问题的基础上，又逐渐建立了二维和三维问题的全面系统研究。在连续获国家自然科学基金资助下，他致力于全面推动每个问题的数学模型、数值方法、数学仿真、数学定理证明、控制理论研究、试验研究和应用研究等方面的拓展。结题被国家自然科学基金委评为“特优”项目。他在国内外公开发表学术论文近60篇，国际上重要刊物（《EI》和《INSPEC》等）跟踪检索多篇。曾获火箭导弹型号设计科技进步多项奖励。著作两本书：编辑出版发行英文论文集《Recent Advances in Distributed Parameter Theory on Transpiration Control System。SCI-TECH Information Services，British（first edition），1996》，和中文专著《变域传热发汗控制理论》。
　　杨学实相继提出的理论研究课题为“气膜悬浮分布参数控制”，它的空气动力学流动属于“三维缝隙剪切流”，物理上指的是“发汗边界缝隙剪切流”。对于这类问题，为便于开展理论研究，按照量阶分析法，随即建立了它的数学方程组。他指出“这类理论问题比国际上有名的‘Couette流动’要困难得多，‘Couette流动’属于单纯的一维流动和二维流动。这就是说，‘气膜悬浮分布参数控制’课题不仅是三维问题，而且要控制。于是，我们又建立了一门‘空气动力学’与‘控制论’相结合的边缘学科”。
　　杨学实指出，“当考虑创建理论的应用问题时，应该着眼力求广泛性。前期的研究，控制参数属于小发汗量。对于大发汗量控制参数，例如适用于大孔隙率发汗结构材料的工程应用问题，需要借助地下石油天然气在砂层中渗流规律。从空气动力学角度，前述流动同多孔材料的发汗剂渗流之间不同点在于连续性方程与空气动力学通常意义上的连续性方程不同。同时，一位以色列人Darrcy曾经对石油天然气在砂层中的渗流提出过‘Darrcy定律’，这一定律同大孔隙率多孔材料渗流在物理规律上存在某种类似。据此，按照空气动力学的三大守恒、四大方程关系式，通过数学运算，我们又建立了‘压力分布参数控制’数学模型”。并开展了基础理论研究。
　　航天飞机与高超音速飞机就热防护而言，属于同一类型。美国航天飞机的防热设计采用防热瓦。防热瓦设计属于“隔热”和“热沉”的复合设计。我们知道，“隔热法”和“热沉法”没有“烧蚀法”效率高。隔热表面不会烧蚀，要求材料导热系数小，尽量把热隔在外面，使其尽量少的进入物体结构。然而，热流一旦传入结构，就散失不出去，因此依靠增加结构体积重量满足“热沉”要求。多余的重量载荷会使飞机增加负担。同时，在飞机头部粘贴一千多块防热瓦的办法很原始，工艺上稍有不慎将会出现防热瓦脱落。2003年美国航天飞机返回过程中因防热瓦脱落，航天飞机解体，宇航员瞬间失去生命。由于热防护方法不当，使得事件似乎存在必然性。
　　承担国家气浮车项目 助推高速发展之路
　　1999年，杨学实在发汗控制实验过程中，用手感受发汗物体表面渗流状态时，发现手与物体表面之间始终存在一层膜，用力施压也不能触及表面，这种力是气膜压力。就是说，发汗固体表面气膜存在较大压力。这种压力的发现是否存在工业应用价值呢？需要经过进一步细致的测量，结果证实它的压力为1.44公斤／平方厘米。它的净有效压力超过气垫船的净有效压力将近一倍多，接近0.5。也就是说，1个平方米的气膜能够悬浮5吨重物。如果一节车有4个腿，他的悬浮重量可以达到20吨，这就证明物面压力明显存在工业应用价值。于是发明了气膜悬浮车，称“气浮车”。
　　气浮车就是把飞机机身放到轨道上“飞行”。具体就是去掉飞机的主翼、尾翼、竖翼、起落架、发动机、油箱和燃油，只剩机身。安装4个腿代替机翼，放在轨道上，依靠4—5个压力的压缩空气，通过控制方法，在气腿与轨道平面之间生成气膜，使飞机机身悬浮。悬浮高度约1—2毫米量级。不带滚轮，依靠车腿支撑运行。在推力作用下，行驶时速可达800公里，使高速行驶成为现实。简单地说，气浮车就是“有轨、无轮、高速、气膜悬浮、无接触摩擦、近地面轨道飞行器”。这样一来，使得高速轨道交通与空气动力学相结合的技术创新成为速度竞争在交通领域的进步点。随后，他又相继申请并获授权的专利为：发明专利“发汗电极控制装置及控制方法”和“气浮车气膜的控制方法”；实用新型“气浮车车腿”和“气浮车分流式底盘”；并提出国际发明申请，发明专利国际申请号：PCT/ CN2007/000786；发明专利国际申请号：PCT/CN 2007/000787。
　　我国气浮车的优势是车腿支撑，不用滚轮。最高时速800公里，速度快；轨道为突出地面8—10厘米的两条道路，可用石材，简单，造价低；悬浮气膜1-2毫米厚度存在收敛效应，不会上下颠簸，运行稳定；左右车腿外侧有生成气膜的挡板，限制车辆运行方向，没有摩擦；动力采用电网供电，开关磁阻电动机噪声小；工作介质是空气，吸入空气，再排出空气，没有污染；气浮车体是飞机的机身和管道底盘组成，结构简单，重量轻，安全系数高，有效载荷效率高，耗能低；工程造价是磁浮的16%，是轮轨的56%，建设成本低；能耗是磁浮的67%，轮轨的50%，运行成本低；运行安全控制由三组分布参数控制系统组合管理，有理论保证；车腿有侧挡板底挂钩、进气道有防护网、三重刹车分阶段制动、中央卫星定位控制、按导弹可靠性质量控制设计气浮车安全系统，安全性高；具有丰富的“系统集成总体技术”经验，航天系统在长期型号设计过程中，所形成的丰富设计经验，具有绝对优势。
　　航天科工集团早在2004年就召开了“高速气浮车技术方案可行性”评审会。参加会议的有铁道科学院、北京交通大学、中国南车集团、航天科技集团和航天科工集团等单位。以庄逢甘院士为首的院士、研究员、教授和高级工程师等13人组成评审专家组。会议听取了气浮车项目组杨学实所作的《高速气浮车可行性论证报告》，并观看了试验样车的轨道运行试验录像。专家们在热烈的讨论中认为，这种气浮车属于轨道飞行器；是一项具有全球性意义的项目。并得出如下评审意见：“气浮车与磁悬浮车以及轮轨高速列车甚至飞机相比所存在的一系列优点是可信的；气浮车的技术可行性以及研制的现实性是存在的；气浮车是具有我国自主知识产权的创新项目，建成后可以填补高速交通速度链的空白”。
　　创新工程气浮车项目在未来追求高速交通的世界大环境下是有重大意义的。而它的社会效益同样不可忽视：第一，气浮车项目能够创造的就业岗位将达几十万；第二，它的经济效益在年均数百亿美元的等级上；第三，它在学术价值上既创造了国际上新的分布参数系统控制的数学模型组合，又建立了一门“气膜悬浮与控制”边缘学科研究；第四，它在技术价值上将空气动力学与轨道交通相结合并成为提速的亮点，使得轨道运输方式发生变革，不要滚轮而用车腿运行；第五，国家价值上大大增加中国软实力，国际价值上全世界没有时速450公里以上的轨道交通工具，国际市场中国独占。在有利条件方面：有中共中央政策研究室、国家领导人、国务院、国家发展改革委员会的重视；再加上国家的“自主创新”政策和在2020年建成“创新国家”的号召；又加上多位院士集体的“极力推荐”；研制团队又具有丰富的系统工程的“实施经验”；以及建立了一套完整的理论研究、试验研究、应用研究的研制体系的保证；再加上已经完成了三个设计阶段的第一阶段设计，处在产业化成熟阶段；又完成了气浮车1∶5模型样车的轨道运行试验。
　　杨学实指出，“涉及气浮车工程控制的理论问题需要三类数学模型来实施：第一类为大发汗量气源压力分布参数控制，即‘压力控制方程’；第二类是车腿底部粘性气体的高速剪切，造成车腿结构加热的热防护控制，即‘变域传热发汗分布参数控制方程’；第三类是发汗边界缝隙剪切流控制，即‘气膜悬浮分布参数控制方程组’。在前期理论研究过程中，这三类数学模型曾经在理论研究阶段已经具备。按照这三类分布参数系统控制组合后，具体实施为航空电机大流量空气压缩机转速控制、到气浮车腿底部因高速气流剪切摩擦而产生车腿结构的加热控制、再到气膜悬浮控制，组成一套完整的大型复杂控制系统。这三类控制的核心，涉及气浮车运行的‘安全控制’，因此这组控制模型的理论问题十分重要，它在分布参数控制学术界也是空前的。于是在工程上又建立了一套完整的理论研究、试验研究、应用研究的研究研制体系”。通过前述访问，笔者认为，杨学实是一位真才实学的空气动力学与控制论相结合的不仅理论科学家，也是应用科学家。目前，他在理论研究同时，仍然带领研制班子继续推进“高速气浮车”工程的产业化进程。
　　目前国际上，包括国内，所有轨道交通工具，速度不超过时速450公里。磁悬浮列车430公里，昂贵、污染、不具备商业价值。高速轮轨列车实用时速330公里。由于存在黏着力的结构性问题，速度快了就出现车轮打滑，再提速非常困难，除非不顾一切消耗大量能量，且又增加车轮结构力学的危险因素。欧洲上世纪六十年代研制过气垫车，悬浮高度几十厘米，带滚轮，燃气发动机为动力，存在能耗大、噪声污染、运行不稳定问题。属于方案设计缺陷，一次试验后，很快下马。铁道部目前为了继续提高轮轨列车的速度，开展了480公里时速的刹车技术试验；同时又投入资金开展一项将“磁悬浮列车”放进“真空管道”的外国人设想的工程，希望达到时速1000公里。从工程造价角度，这种“真空管道磁悬浮车”方案比单纯磁悬浮车更不具有商业价值，带来高风险。日本东北大学利用美国人“带翼气垫车”在地面是平面和两堵墙围成的槽内的失败试验，继续原方案，改称“飞行列车”，带滚轮；投入大量资金，予计时速500公里，2020年投入运营，座位335个；它的问题是由于空气的粘性效应，又运行在大尺寸的气垫上，带有飞行机翼的列车上下颠簸、机翼两边撞墙、左右倾斜。这是一种“严重不稳定”的危险运行方案，转弯撞墙的现象难以避免，尤其高速飞行更危险。为了得到高速交通工具，全世界在不计成本地执著追求，表明高速轨道交通在国际领域的迫切需求程度。气浮车的优势在前面已经讨论过，不存在前述各类轨道交通工具的缺陷，时速800公里，属于高速轨道飞行器的最优方案，而且是具有完全自主知识产权的，长中华民族志气的具有世界性意义的创新工程。
　　
　　专家简介：
　　杨学实，中国航天科工集团第四总体设计部高级工程师、研究员。1937年7月出生於陕西省安康市。九三学社社员。1962年毕业于兰州大学数学力学系，分配到中国科学技术大学近代力学系任教。曾任世界著名科学家郭永怀学部委员的《边界层理论》教学的助教，以及华罗庚学部委员的《微分方程》数学教学的助教，并对钱学森学部委员的《星际航行概论》课程在开阔学术思路视野方面受益匪浅。深受前三位世界著名科学家的学术思想、严谨思维、研究方法、民族精神、工作态度的巨大影响。
　　1965年杨学实调入第七机械工业部第二研究院第26研究所，从事火箭导弹空气动力学研究、试验、设计，先后任技术员、工程师。1980年转入中国航天工业部第二研究院第四总体设计部，先后任高级工程师、研究员。1993年应俄罗斯原喀山航空学院校长G·L·Degtyarev 教授和科学家T·K·Sirazetdinov院士邀请赴俄罗斯讲学。中国航空学会和中国宇航学会会员，中国计算物理学会第三届、第四届理事。俄罗斯《PROBLEMS OF HUMANRISKS》杂志编委。
　　杨学实曾获火箭导弹型号设计科技进步多项奖励。在理论研究方面，创立了四类空气动力学与控制论相结合的数学模型，其中“变域传热发汗分布参数控制方程式”一类被国际命名为“杨学实方程”。并连续三期主持国家自然科学基金项目研究，结题被评为“特优项目”。国内外发表科技论文近60篇，国际《工程索引》跟踪检索多篇。完成两本书的著作：英文论文集和中文专著《变域传热发汗控制理论》。获一项大型工程创新发明“气浮车”专利授权，又获另四项发明专利和两项实用新型专利授权。具备理论研究及工程设计两方面特长，他还善于理论研究、实验研究和应用研究。
　　杨学实的光辉事迹曾被收入《世界名人录》、《世界华人发明家大辞典》、《中国世纪专家传略》、《世界优秀专家人才名典》、《东方之子》、《共和国史册上的优秀儿女》、《中国灵魂时代创新文化领军人物》等多种辞书典籍中。2010年后，又分别被中国社科院、中国日史编委会、中国国史研究编修馆、中共中央党校等编辑的《共和国建设档案》、《共和国拓荒者》、《共和国史册上的优秀儿女》、《中国领导管理艺术文库》等收录。