他突破了国际公认难题,创造出割前脱粒水稻收获机器系统,取得“国际首创国际先进”的成果,获国家发明二等奖、黑龙江省科技进步一等奖;创制摘脱同时切割搂集秸秆成条铺的快速水稻联收机,解决了国内外不能在脱粒同时收获秸秆和落粒损失大的难题,并研制出气吸式割前摘脱禾本科牧草籽联合收获机;指出了相似理论中G.Murphy的π关系式合成理论中的重大缺点“组分方程必须具有相同形式”。
矢志不渝投身农业工程 孜孜以求喜获硕果累累
1946年蒋亦元考入金陵大学理学院电机系。就读之初,见到农业工程专业有美国先进的农业机械和美国教授执教,遂对农业工程专业萌生了浓厚的兴趣。于是冒着失去学籍的风险,经转学的再次入学考试,转入农业工程专业。
在高年级时,蒋亦元已作为学生助教(Student Assistant,教会学校有此传统)开始为低年级开设农业工程概论课程,并被指定留校任教。但在毕业前,1949年南京解放,东北到江南招聘建设人才,蒋亦元听了沈阳农学院张克威院长招聘人才的介绍后,感到广袤富饶、地广人稀的东北黑土地是发展农业机械化和施展才华、实现志向的广阔天地,于是毅然奔赴东北任教。
蒋亦元到东北农学院初期,担任苏联专家的助教,协助培养研究生。1957年至1959年被派往苏联进修,师从苏联农业机械理论权威、荣誉院士列多希涅夫教授,从事收获机械的研究,在理论研究的逻辑思维、分析与综合的技巧等方面得到了较好的培养。例如,他综合运用了导师和瓦希连科院士关于键式逐秸器的理论,创建了平台式逐秸器的理论和两种逐秸器的结构参数设计方法。前者由国内学者的实验所证实,并被编入国家统编教材;后者被沈阳农业机械厂采用。
回国后,蒋亦元结合生产实际研究解决了亚麻种子清选全套机械化设备、粮食干燥设备用的谷物清选与复脱机械的研究等。蒋亦元从事水田筑埂机研究时,一反传统,将其改为单面取土的筑埂工艺,采用相似理论在简陋条件下作模型试验,解决了严重黏土、阻力大等问题,并赋予它多种功能。1975年,他开始着手“割前脱粒收获新工艺与机器”的研究,前后共研制了工作原理与结构各异的四代样机。悬挂式水田筑埂机、平台式逐秸器理论分析与逐秸器长度的统计分析研究获黑龙江省科学大会奖。他获得“黑龙江省先进科技工作者”称号,1980年当选黑龙江省特等劳动模范。
1982年,蒋亦元在美国密执安州立大学做高级访问学者从事割前脱粒收获机械和相似理论与模型试验的研究。1989年至1992年他在3次国际学术会议上被推举担任学科组组长。1985年被评为博士生导师,1992年至1997年担任国务院学位委员会学科评议组成员,1981年至1996年担任农业部高等学校教学指导委员会委员、农业工程学科组副组长,1985年至1995年为机械工业部农机教学指导委员会委员,1999年获“全国首届优秀博士论文指导教师奖”,2001年获全国农业科学技术先进工作者奖。1997年当选为中国工程院院士。
三十五载如一日 攻克世界难题
农业机械是应用性很强的学科,而联合收获机是农机中最复杂的机种之一。东北大米享誉全国,黑龙江种植面积大,为了提高品质、避免早雪的袭击、确保高产优质,人们已经日益认识到收获不宜过晚。而当时使用的全喂入联收机因茎叶潮湿谷粒分离损失大、堵塞等问题无法高效作业。秸秆不进入机器的日本“半喂入”联收机作业性能好,但结构太复杂、成本高。反传统的先脱粒后割秸秆的“割前脱粒”方式具有使青绿而潮湿的秸秆不进入机器等优点,但亦有诸多难点。许多国家如澳、日、苏联、意、英、法、菲和我国十余个单位都进行过研究。探索的热忱时高时低地延续了多年,其难度可见一斑。
蒋亦元持续探索了35年,研制了四代样机。它们都是经过构思、理论分析、计算设计、室内部件试验、反复修改可行后再进入样机的设计、试制,在生产条件下试验、再修改、再试验至满意的全过程。随着竞争对手的技术进步,这四代样机的原理与结构亦是“与时俱进”地随之变化着的。
第一代样机耗时四年就搞成了,这是一种能够在先脱粒的同时进行切割秸秆并搂成条铺的割前脱粒联收机。但该机作业速度过低,不能收倒伏水稻。第二代样机耗时六年完成,能收倒伏水稻,但由于落粒损失过大以失败告终,但其收倒伏水稻的扶禾器取得了成功。第三代样机耗时四年完成,采用气流吸运,并创制出一系列与之配套的新型工作部件,构成了“割前脱粒”水稻收获机。可收倒伏水稻、谷粒损失又少是其突出的优点,但不能在脱粒的同时收获稻草。为此研发了与之配套的能收割稻草并放铺整齐、同时能将粮袋运出田间的多功能自走式底盘,与前者构成了“割前脱粒”水稻收获机器系统。该系统受到了用户的欢迎,美、日、法等国专家给予了高度评价。该系统于1995年获国家技术发明二等奖、黑龙江省科技进步一等奖。但蒋亦元认为仍需完善:应在割前脱粒的同时能收获稻草,形成“割前脱粒”水稻联合收获机。
蒋亦元与他的研究集体参考英国发明的、不能收获稻草的“割前摘脱台”,创造了气流吸运的、能同时切割搂集秸秆成条铺的“4ZTL型割前摘脱水稻联合收获机”,为此耗时十一年。在国家标准规定的作物正常状态下作业时,谷粒损失少,清洁率高,作业速度快,受到用户与专家们的高度评价。此项技术扩大了稻草的利用范围,节省了生产成本,更具社会意义的是,可以节省种植青贮玉米的土地用来种植其他粮食作物。
坚持真理挑战权威 修正墨非(G.Murphy)“π关系式合成理论”
蒋亦元在创制单面取土的筑埂机中运用相似理论与模型试验取得了满意的结果。相似理论与模型试验技术被广泛应用于许多工程技术领域。它尤其适用于当所研究的物理现象的各因素的影响规律尚未被充分掌握,但已知哪些是主要的影响因素时的情形。采用此技术可以用较少的试验获得因素与指标之间的响应规律,借此可具有针对性地解决工程中的问题。因而它在创新型探索研究中更有用武之地。
当蒋亦元使用球体沉降实验进行验证时发现,采用Murphy的π关系式合成理论中关于“组分方程必须具有相同形式”时,发现所合成的π关系式得出的结果误差很大。通过多年的周密试验研究,首次提出并经实验和理论证明:组分方程可以具有不同形式,从而使预测精度显著提高。此成果获得院士、专家们的一致好评。
此后按上述方法获得组分方程,并合成π关系式,又将各物理量代入后获得了经验公式。**用获得的经验公式来预测性能指标时发现它的适用范围很窄。当扩大物理量的变化范围时,则预测误差增大,甚至达“荒唐”的地步。经蒋亦元的进一步研究发现,G.Murphy的“π关系式合成理论”本身就是错误的,其前后是矛盾的。
蒋亦元虽然感到遗憾,但并不后悔,因为发现并证明一个定理是错误的,以免误导后人,其价值依然是积极的;通过这个过程培养了自己敢于怀疑,甚至否定权威的科研态度,也获得了一些探索性研究的方法。
蒋亦元在国际农业工程界具有较大的影响和较高的威望,他为我国农业工程学科建设作出了突出贡献。