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开发西北和中国航空工业的起步(四)

http://jczs.sina.com.cn 2000年3月25日  宋宜昌

   必须优先发展: * 航空基础工业  *航空科研、试验事业和各种先进试验设备、航空教育事业  *适当引 进国外先进技术,军用民用结合,参与国际合作,讲究经济效益  航空基础工业又包括:

  *主机结构和空气动力学  *航空发动机

  *机载设备

  *航空材料和制造技术、制造设备

  *导弹工业

  *一切与航空工业有关和相当的冶金、化工、石油、机械、电子……等产业和部门以及相关的软科学。

  这里谈一点适当引进国外先进技术问题。  众所周知,1959年中苏闹翻,1960年苏联撕毁合同撤走专家, 使中国航空工业处于艰难的自我摸索和仿制过程。其中走弯路费钱且不说,主要的是与世界航空工业的主流脱节。在常规兵器 来讲,暂时脱节影响还不太大。而高技术的航空工业影响就非常大了。

  值得指出的是,当时苏联处于高度集权的计划体制,给我国施展谋略留下了很大余地。印度正是利用了中苏矛盾,实 施了一个深思熟虑的整套航空、航天、核武器计划。印度从苏联获得了完整的战斗机、轰炸机、运输机、强击机、直升机组成 的空军(部分购自西方),并且建立了制造米格21、修理米格25的航空工业。印度的中短程火箭发展、原子弹的研制,无 不取自苏联。直到苏联解体,还有100亿美元的债务未还。最后用一些茶叶、服装应付了事,真可谓利大本小。

  我国是否非要同苏联及东欧彻底闹翻?是否有必要公开持续达30年的意识形态争吵?是否能利用当时及后来苏联领 导人的各种弱点和决策缺陷,是否就不会象印度那样“巧施骗术”,(以中华民族几千年的历史智慧和对付外夷的丰富经验, 似不必让印度、越南之辈专美于前。)是在是大可争议的。

  毛泽东去世,粉碎极左的“四人帮”后,中国外交显示了高度的灵活性,使战争威胁和战争风险大大降低。通过改革 开放,中国工业吸取了大量国外先进技术,取得了实质性的进步。尤其以“六、四”风波之后,以西方为代表的国际封锁和反 华叫嚣使中国面对的国际氛围几乎倒退到50年代。但中国政府不失原则,纵横捭合,使敌对势力之反华招数一一失效化解, 仅数年之后,国际上不得不重新承认强大中国之事实。回顾这十几年,中国外交主要使用非军事手段,节省了大量军费,保持 了国内环境的宽松和经济建设的顺利进行。那么50年代到70年代初,真是否有必要弄那么大规模的三线建设?是否有必要 使中国长期处于紧张地战备气氛中?或者即使战争气氛浓厚,又需要牺牲那么大的经济利益和人民生活,拒绝采用非军事手段 减缓战争的压力?

  以毛泽东在战争年代的灵活性,有四渡赤水、挺进抗日敌后,先与后取延安,千里跃进大别山那种杰出的军事智慧, 一定是不难搞得更出色的。1972年著名的乒乓外交和尼克松总统访华就是典型一例。但这种灵活性的例子委实太少。为什 么呢?

  非不能也,

  实不为也。   发展航空工业,极为重要的一条,就是优先发展航空发动机工业。航空发动机是飞机的“心脏”, 它的技术性能和结构关系飞机的战术技术性能、可靠性和经济性。各种类型的航空发动机都要在高温、高压、高转速、高负荷 的苛刻条件下长时间地反复工作(此点与一次性的导弹发动机有所不同),同时还要求它重量轻、体积小、使用安全可靠、经 济性好。

  同时提出的多种性能要求和极端的工作条件,迫使各种型号的航空发动机必须设计精巧,加工精密,使用高性能的材 料和成品附件。发动机综合了多学科和多种专业技术成果,技术难度大,研制周期长,耗资多。它当之无愧地代表了一个国家 的工业和科技最高水平。环顾世界,也只有美、前苏联、英、法等少数工业发达国家,才能独立地研制和发展先进的航空发动 机。

  中国航空发动机的老师是前苏联。从技术角度讲,苏联的发动机在一些方面不如美国。它们通常体积较大,制造较粗 糙,使用寿命较短,耗油率较高。中国仿制的航空发动机一些性能指标还低于前苏联。歼击机发动机修大修周期(即一个安全 使用期限)通常为100~200小时,而美国等西方国家发动机使用周期一般大于4000小时。如果能把使用周期延长一 倍,那么一架飞机就变成了两架飞机。事实上,70年代初,中国援助巴基斯坦的歼6飞机发动机,经美英专家重新组装调试 后,使用周期已经延长了一倍。说明我们在这方面有很大潜力可挖。

  涡轮喷气发动机以及后来的涡轮风扇发动机使用了大量高比强度材料和耐高温合金,加工困难。喷嘴精度高,叶片型 面复杂,燃烧系统和加力燃烧系统等薄壁焊接零件多。工厂必须有高水平的精密机械加工基础,还要有较高的热处理、表面处 理技术。同时,工厂还需要建立少切削或无切削的精密铸造、精密锻造生产线以及滚焊、对焊、直流电弧焊、氢原子焊、高频 钎焊、真空电子束焊、自动氩弧焊等各种焊接方式的焊接生产线,还要建立高温合金熔炼、高温陶瓷喷涂车间以及制造发动机 试车台等复杂非标准设备。

  装配歼6飞机的涡喷6航空发动机由2521种零组件装配而成。苏联只提供技术资料,完全由中方试制。尽管有生 产涡喷5发动机的经验,前后用了4年,克服重重困难,到1961年10月才通过了全寿命(即100小时)试车考核。前 后用了7年,发动机和飞机一起通过了试飞考核。(1963年)

  60年代后期和整个70年代,中国已经生产了大量的涡喷6发动机,质量一直不太稳定。同时发动机场所又集中力 量解决延长它的翻修寿命(指从投入使用到第一次翻修或两次翻修期间的小时数)。经过反复试验研究,采取了41项技术改 进措施,好不容易通过试车考核,1965年底批准第一次翻修寿命延长到200小时。然而好景不长,由于对原设计的薄弱 环节没有细致分析,仅3年时间,涡喷6的涡轮盘和火焰筒在使用中就出现重大事故,迫使把使用寿命又缩回到100小时。 也许这就是苏方设计的限度。一台昂贵的航空发动机,仅仅使用100小时,它已经大量装备了部队,因此制造单位和空军都 甚感紧张,后来美国人称之为“一次性发动机”。1970年,沈阳航空发动机厂又组织力量为涡喷6 延寿。攻关重点放在 高速的涡轮盘和高温的火焰筒上。工厂采用微调齿距等4项措施,消除了涡轮盘的榫齿裂纹。成都发动机厂改进了火焰筒,沈 阳厂全面研究后,彻底抛弃了苏方原设计,采用全气膜保护火焰筒方案,解决了火焰筒热裂纹问题。还使用了浮动式隔热屏等 20项技改,在1973年全部用于批生产之中,终于保证了200小时的成果。而程度发动机厂由于研究火焰筒获得进展, 使之达到了500余小时的连续试车。1078年,中国的火焰筒技术已经接近世界先进水平。正因为这种重大进步,赢得了 西方航空界的尊重。1983年,世界最著名的美国普拉特.惠特尼发动机公司与成都发动机长签订了合作生产美国JT—8 D发动机(用于波音737和MD80飞机系列)火焰筒系列产品合同,1985年,成都厂已经能批量生产先进的火焰筒了 。

  解决火焰筒问题的同时,涡轮大轴在使用中时有断裂事故,原因在于原设计强度储备不足。由此引申出美苏航空设计 规范的差别。苏联设计战斗机,其前提是真实的战争,统计表明,大量飞机在实战中并未飞到100小时就战损或因其他原因 而报废。从战争成本出发,较廉价大批量的飞机是可取的。而以美国为首的西方国家,首先从商业竞争原则出发,飞机价格昂 贵,使用时间短,就会在竞争投标中失去合同,整个公司的前途就会断送。因而必须提高质量,保证可靠性,才有竞争优势。 整整用了10年,许多工程师和技术人员顽强地研究试验改进,涡喷6发动机的大轴才获得延长寿命。

  配合歼7飞机的涡喷7以及配合歼8飞机的涡喷7甲发动机、配合轰6飞机的涡喷8航空发动机,其研制过程都是长 长的,充满磨难的传奇色彩故事。涡喷7仿苏联米格21飞机的P—11—Ф—300发动机。它的推力比涡喷6大50~7 7%。该发动机设计水平较高,有高压、低压压气机两部分转子,高压转子轴套在低压转子轴上,工艺结构复杂。这种轴流式 双转子发动机有6级压气机和两级涡轮,火焰筒采用气膜冷却,内外壁喷涂高温陶瓷。该机采用了许多新材料,压气机和涡轮 叶片分别使用了不锈钢和耐高温合金。它的制造工艺远较涡喷6复杂。

  由于在涡喷6上吃了苦头,试制涡喷7就谨慎认真多了。沈阳厂抽出三分之一的设计人员和工艺人员组队。各有关航 空厂、所、中国科学院、冶金部、机械工业部、化工部所属有关单位进行了大力协作,研制成功了26项合金、涂层等新材料 和10项航空轴承;试验成功46项新技术和新工艺。其中的两种高温合金,性能超过了原发动机的合金材料。由于大轴套小 轴,轴深孔精加工成了关键,中国工人和技术人员借鉴炮厂经验,改装专用设备,也给解决了。采用电解加工新工艺,代替了 原来叶片的切削加工,精度和强度反而提高了。沈阳厂仅用了两年时间,全部使用国产材料,就试制成功复杂先进的涡喷7发 动机。同时,我方纠正了苏方资料中高达1097页的错误。在实际飞行中,涡喷7的原设计也存在着一些缺陷,共出现过八 类大事故。

  此时,涡喷7已经转到贵州航空发动机厂生产。沈阳厂和贵州厂的设计员们借鉴改进涡喷6的经验,果断更改了苏联 设计,将第一级压气机的叶片数由31片减为24片,减小离心力并加强了叶片。经过试车和试飞,均证明加强后的叶片性能 好,结构简化后变得可靠稳定,有效地消除了失速颤振和裂纹事故。贵州厂改进了调频安装方法,并对叶片表面进行喷丸强化 处理,提高了涡轮盘的平衡性和叶片强度。发动机超负荷工作是中介轴承由高温引起的抱死问题,也由贵州厂通过加大润滑油 嘴直径而解决;涡轮盘在高温下不规则伸长问题,则经过贵州厂和齐齐哈尔钢厂联合冶炼出GH33A高温合金最后解决了。 到1979年时,贵州厂后来居上,在偏僻的苗岭山区,克服各种不便,改进了25项苏方设计缺陷,大大提高了涡喷7性能 和稳定性。由于中国式的渐进改造屡获成功,仿苏的原型涡喷7于1980年停产,被中国化的改进不的涡喷7乙发动机取代 。

  随着歼击机发动机陆续研制成功并投入批量生产,为我国航空工业积累了可贵的经验。与此同时,另一场研制轰炸机 的大型喷气发动机的工程在陕西展开。中型轰炸机轰6,最大起飞重量75.8吨,最大载弹量9吨,活动半径2300公里 。与之相匹配的两台РД—3М涡喷发动机,最大推力93千牛(9500公斤),相当于涡喷6的3倍,全重3.1吨,最 大直径1.4米。为生产这种庞然大物,必须匹配几百台精密、专用、大型设备和大型试车台。它的涡轮盘毛坯要万吨水压机 锻制,每台发动机,其原材料需高温合金15吨,有色金属9.5吨以上。当时世界上仅美英苏才有能力生产这种大推力发动 机。

  仿制РД—3М发动机的中国型号命名为涡喷8,由西安航空发动机厂研制。涡喷8的原材料、锻铸件毛坯、成品附 件共1193项,在1960年时一半需要进口,即使发动机制造出来,批生产的命运依然操纵在外国手中。从1960年开 始,西安厂同航空材料所、上海交大等单位协作试验,历时6年,终于将决大部分进口原材料和附件实现了国产化。1961 年,涡喷8试车成功。

  接下来又是相同的延寿工程。涡喷8刚研制出来,第一次翻修寿命仅300小时。西安厂集中科研试验力量攻关,7 年之后,延长到500小时。1979年大600小时。1983年,即出车成功22年之后,终于使大推力的涡喷8延长到 800小时,一台顶3台用了。从这个漫长的认识客观规律的征程中,中国设计、工艺、生产人员积累了大量宝贵经验,一批 高水平发动机专家培养出来了。

  正当中国航空工业倾力消化吸收改进涡轮喷气发动机时,国际上更先进、更经济、更稳定的涡轮风扇发动机诞生了, 并立即成了航空界的主流。经过反复权衡,中国航空界决定上涡扇机。又是一段艰难的历程,涡扇机的难度、复杂性远远超过 涡喷机。工程费时费力,进展缓慢,从60年代一直拖到80年代。虽然也研制成功涡扇5、涡扇6等型号发动机,但因种种 原因,终于未投入批生产。

  中央军委叶剑英、张爱萍,特别是国务院总理周恩来十分了解这些艰苦卓绝的研制过程,深刻理解航空界为克服困难 所做得巨大努力。1971年底,周恩来针对航空发动机质量下降、性能落后问题,语重心长地指出:飞机的关键在发动机。 发动机是“心脏”,“心脏”不好,问题不解决,何以打仗!

  从此,高层决策者痛下决心,准备引进全套发动机技术。叶剑英同国务院副总理李先念主持会议,同专家协商后,决 定从英国引进“斯贝”军用发动机。

  “斯贝”(SPEY)是英国著名发动机厂家罗尔斯.罗伊斯(ROLLS—ROYCE)在60年代研制并生产的 系列涡轮风扇发动机。其民用型斯贝MK—511用于三叉戟客机,我国曾批量购买,质量好。从民用型发展的斯贝MK20 2军用型涡扇发动机,曾被用于换装英国购自美国的F—4鬼怪式战斗机。因其技术先进可靠,美国又引进英国斯贝技术,改 型后用于A—7攻击机。1972年5月,我国航空界开始同英方接触,派出技术小组出国考察,并渐渐进入实质性谈判。1 975年12月签订引进合同。

  美国人就此评论说:“中国人缺少的并不是制造能力。他们十分出色地进行着循规制造、手工与机器相结合的生产和 小批生产。他们所没有掌握的是现代化连续生产流程、精密自动设备技术以及其他组织方面的经营管理技术。在这方面,成套 工厂设备进口可能是最有裨益的。航空工业就是这方面的……例子。中国在50年代后期和60年代初期致力于喷气发动机。 但后来抽走了一些最优秀的科学家、工程师和其他稀有资源……(按:西方人对文革造成的破坏始终未曾理解)因此使飞机发 动机技术一直处于缓慢发展状态。其结果使中国飞机发动机的设计和生产能力(安装在他们的苏式50年代战斗机和中型轰炸 机上的),同罗尔斯.罗伊斯、普拉特.惠特尼、通用电器(均为世界级航空发动机厂商)等公司生产的、做为大多数西方飞 机动力的当代尖端涡轮风扇发动机之间存在着巨大差距……中国人自己判断,他们的航空发动机技术至少比西方落后20年… …这样一个巨大的差距是无法通过独立的、逐步提高的办法,或是通过进口一些先进的发动机充做样板来加以克服的……同汽 车工业一样,航空工业要大幅度提高水平,只能来自国外的直接技术协助……引进(罗尔斯.罗伊斯的”斯贝“发动机)将使 中国在比较短的时间内前进10年……同西方最先进的涡轮风扇发动机相比,中国人至少还将落后12年。尽管如此,10年 跳跃的实践结果将意味着,对他们未来飞机性能的一次关系重大的提高……努力的势头会超的初步地跳跃而继续下去,中国的 独立设计和制造能力将会飞快增长。⑴

  斯贝MK202军用型发动机加力比(即加力推力与不加力推力之比)大,耗油率较低,使用寿命长(这时苏式发动 机的致命弱点),压气机的喘振裕度大,各种工作状态下部件的效率高,工作可靠,装有抽气系统控制襟翼,可改善飞机的起 飞着陆性能。但正如西方所评论的,它毕竟是60年代末的产品,结构复杂,推重比(推力与自重之比)较低,高空性能差。 在当时,该机型也只可能是中国引进的好发动机了。当今世界诸国中,又有谁会真心帮助中国去实现现代化呢!

  斯贝的中国型号为涡扇9,定在西安发动机厂生产。国家花数亿英镑引进该机,十分重视。王震副总理三次视察西安 厂,关照试制工作。航空部副部长莫文祥带队蹲点,陕西许多厂、所、大专院校多方协作。除使用进口原材料外,国家专门安 排了金属材料、非金属材料、成品附件和大型锻件的国产国制化工作。

  1976年,西安厂的试制工作全面展开。光整机的技术资料即达42万份,工艺装备图纸3万项,所幸正逢粉碎“ 四人帮”盛世,仅3年多的努力就装出4台涡扇9发动机。1979年发动机台试成功。1980年,发动机在英国复杂条件 试车成功,并通过了循环疲劳强度试验。中英双方代表签署了涡扇9发动机考核成功文件,中国的“斯贝”发动机终于诞生了 。

  让我们看看这十年的跳跃给中国航空工业带来了什么呢?

  由于斯贝机结构复杂、叶片多、精密件多、薄壁焊接件多、复杂形状的管件多、难加工的材料多。涡扇9制造过程中 引进了电解加工、电子束焊、实验室控制、检测和测量、精铸、精锻等70年代水平的新工艺、新技术。涡扇9零件和工艺装 备的加工,精度普遍比国内原产机种高一级以上。通过试制,发动机厂掌握了金属喷涂、真空热处理、管子轨迹焊、真空钎焊 、数控弯管、大型机匣电解加工等13项具有当时世界先进水平的先进技术。还有软阴阳模成型、蠕动磨削等46项达到国内 最先进水平的工艺技术。

  国内的冶金、化工、机械等专业,通过试制涡扇9相关的材料、锻铸毛坯、成品、附件,全面提高了行业的工艺技术 标准,缩短了与世界水平的差距。其中有些象钛合金热成型等,还超过了斯贝文件所规定的水平。

  1981年起,陕西省国防工办先后在军工系统和其他部门、行业的100多个单位,组织学习推广“斯贝”技术中 的机械加工、热处理、无损探伤等42项新工艺、新技术。后来,国务院又指示在全国有组织、有计划、有步骤地推广和移植 “斯贝”技术。前后召开了4次大型推广会议,组织了161场技术报告会,编印“斯贝”技术资料专辑12期,并为150 个单位培养了2000余名推广应用“斯贝”技术的业务骨干。“斯贝技术”和“斯贝人”,促进许多单位解决了技术难题, 促进了生产和科研,“斯贝”成了一所高技术学校。

  西安厂引进了国内外先进设备700余台,自己制造了23台套。除满足“斯贝”外,还帮助加工自己的其他产品, 甚至协助了其他航空工厂和民用工业复杂件加工。使一个50年代水平的厂,一跃成为70年代末水平的工厂。后来,由“斯 贝”而引发,中国航空工业开始与国际航空界广泛的技术与工业合作。

  但“斯贝”引进决策,也有其局限,造成美中不足。就是在引进消化吸收的过程中,世界和中国的航空工业仍在快速 发展。原定换装涡扇6的歼6系列飞机渐渐减少了生产,由更先进的歼击机系统来更替了。新歼击机要求推力远超过涡扇6的 强大发动机,涡扇6就显得勉为其难(这恐怕也是英国肯卖的原因之一)。这种中型发动机未能配备相应的机种,使它的经济 效益未能充分发挥。遗憾之余,也引发出更深层的思考。

  全文完





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