中国航空发动机之父——吴大观

吴大观

大定航空发动机制造厂对外的称呼叫做“云发机器制造公司”,对内则为“中国第一航空发动机制造厂”。

工厂筹建于1939年11月。国民政府航空委员会建厂的初衷,是为了改变一个令人相当难堪的被动局面:当时中国的航空发动机全部依赖进口,中国还造不出一台自己的航空发动机。

工厂最初选址昆明附近的安宁,后来因为越南被日军所占,昆明又不断遭到轰炸,遂于1941年元旦正式迁往贵州大定的羊场坝。

工厂的主要负责人和技术骨干,都是留学归国的专家,发动机的制造专利权、全部图纸购自美国莱特航空发动机制造厂,相关生产设备也都花巨资购自美国。

1941年夏天,工厂从西南联大和西迁贵州的浙江大学招募应届毕业生20多名充当技术员。吴大观属于第二批招募的西南联大应届毕业生。

从1942年8月到1944年10月,吴大观在羊场坝做了两年多的技术员,完全熟悉了活塞式发动机的工艺流程:

“那里有从美国运来的各种机床,学习的条件很好。给我安排的工作在设计科,负责接收从美国来的资料———工艺规程、技术图纸。有点像我们现在的技术资料室,我一个人主管。这个工作很好,在学校里只接受了一些书本知识,在这里可以接触到大量的在实践中有用的东西。虽然设计资料不很详细,但工艺资料是全套的,可以学到很多东西。那时搞的都是活塞式发

动机,还没有喷气发动机呢!”

当时,大定航空发动机制造厂的设计规模是年产300台赛克隆G105型1050马力航空发动机。为实现这个目标,计划分成三步走:

第一阶段,购买美国生产好了的散件,在工厂里先进行总装,按美国提供的工艺规程自行装配、测试;第二阶段,购买美国生产的锻件、毛坯,用进口的美国机床,自己加工成合格的零件,再装配成整机;第三阶段,完全自己铸造和加工零件进行总装。

从1943年开始装配,经过三年的试制,到1946年为止,大定航空发动机制造厂总共总装出了32台发动机,经过试车,被美国方面鉴定为合格。

这32台航空发动机中,一半完全为第一阶段产品,还有一半为不完全的第二阶段产品———主要零件为散件,部分配件为工厂加工的来自美国的铸件、锻件。

这个中国历史上的第一个航空发动机制造厂,事实上仍然是一个进口散件的组装厂。

发动机产品的生产一般分为四类:自主创新,测绘仿制,技术转让,散件组装。从散件组装迈入技术转让阶段时,首先要解决的是工艺关,其次还必须解决材料关。当时的历史条件下,中国的工业基础还不可能解决材料上的问题,即便如此,大定厂在工艺上的技术和经验积累,仍然是史无前例的。

航空工业局

1951年4月18日,航空工业局正式设立,办公地址设在沈阳。原筹备组的人员一分为二,吴大观和徐舜寿等解放前参加革命的人去了沈阳,原国民政府航空委员会的人员则继续留在北京参加重工业部发起的“忠诚与老实”的学习运动,办理脱离国民党党籍的手续。

从1951年7月开始,中国聘请的102名苏联专家陆续来到航空工业局。苏联专家认为解放前国民政府航空委员会留下来的烂摊子没有什么价值,主张重起炉灶,旧的技术人员一律不用。航空工业局不能不尊重苏联专家的意见,但又觉得把好不容易聚集起来的这些人遣散了实在可惜,就于9月在沈阳召开了一个会议,决定在南京、北京、哈尔滨和汉口创办四所航空工

业专科学校。

两个月后,1951年的11月,王士倬和沈一龙被派去汉口的311厂,参加汉口航空工业学校的筹创工作。后来,郑际睿、陈耀华等人去了南京。筹备组的其他成员也大多进了其他的学校。新中国的航空工业专科教育,由此奠定了坚实的基础。

10月30日,中国和苏联签署了《关于苏维埃社会主义共和国联盟给予中华人民共和国在组织修理飞机、发动机和组织飞机修理厂方面技术援助的协定》,苏联同意向中国派遣专家、顾问,援建6个修理厂及其所需的技术资料、设备、工具、材料和配套件。

这六大厂分别为沈阳的112厂(飞机制造)、410厂(发动机制造),哈尔滨的120厂(发动机制造)、122厂(飞机制造),南昌的320厂(飞机制造),株洲的331厂(发动机制造)。沈阳主攻战斗机及其发动机,哈尔滨主攻轰炸机及其发动机,南昌和株洲主攻教练机及其发动机。

最初的计划,第一阶段主要配合空军,以修理为主,然后在规模发展到一定程度后,再转向制造。事实上,这六大厂,将会在短短的几年内,快速完成人民共和国航空工业由修理到仿制,再由仿制到研制的跨越式发展。

这种跨越式的发展,是通过直接引进技术和设备实现的,让中国在很短的时间内就建立起了一个与当时国防需要相适应的航空工业体系。但由于这个体系并没有相应厚实的基础科研、技术积累和人才教育的全面支撑,也为将来进一步的发展埋下了众多隐患。

第二设计室

第二设计室在410厂成立后,虞光裕和吴大观这两个镇江人再次战斗在了一起。此时,虞光裕已经身为410厂的技术科科长,刚刚参加完涡喷5发动机的仿制工程,对喷气发动机的制造流程和工艺,已经了如指掌。这样一个有着丰富生产经验的人与吴大观搭档,即便在今天看来,也仍然是一种珠联璧合的绝配。

不久前,沈阳已有一座低速风洞,但最大风速只有每小时180公里。如果自行设计超音速战斗机,必须要有空气动力研究试验的基本手段———超音速风洞。1957年3月5日,吴大观和徐舜寿联名向部、局领导提出书面报告,建议航空科学研究围绕空气动力这个重点,在“二五”期间建设一座口径较大的低速风洞和较大的跨音速风洞,以适应新飞机研制的需要。

当时,中国还不能自行研制超音速风洞,图纸还是从苏联引进的。1958年7月6日,空气动力研究院在沈阳飞机厂成立。因为建制没有被上级正式批准,后来改名为112厂空气动力研究室。研究院成立后,即开始建设超音速FL 1风洞。1960年2月20日,超音速风洞正式投入使用。这也是我国的第一座超音速风洞。

正因为如此,徐舜寿主持设计制造的中国第一种喷气式飞机,时速超过了800公里,其最后的风洞试验,仍然是在苏联完成的。

风洞代表着一个国家在空气动力学乃至航空航天方面的基础水平,但风洞体系的建设不仅涉及技术的发展水平,还涉及经济的发展水平。作为国家重器,风洞代表着一个国家的科研实力,一代风洞技术直接决定了一代飞行器研制水平的高度。

今天,中国已经研制和拥有了世界上第一座可复现飞行条件的高超声速风洞———JF12,引领着国际先进风洞实验技术的发展。

这种追赶和超越的背后,除了一代又一代奋斗者的努力之外,还和一个国家综合国力的提升,紧紧地联系在一起。

606所

六院筹组期间,东风113终止前夕,中国与苏联之间又达成了一个重要的协议:

1961年3月30日,刘亚楼代表中方与苏方签订了《关于给予中华人民共和国带有К 13导弹的米格21Ф型飞机的生产许可权、技术资料和关于生产带有К 13导弹的米格21Ф型飞机方面给予中华人民共和国技术援助的协定》。

这是在中苏两国已经产生重大分歧时,在昙花一现的蜜月窗口期出现的产物。

协议签订的同时,中国空军还将直接购进12架米格21Ф 13型飞机。这款两倍音速的战斗机装备部队后,被称作“62式歼击机”。这也是中国从苏联引进的最后一种米格歼击机。

62式歼击机后来被改称“歼7”,其仿制生产的发动机则被称作“涡喷7”。

由于米格21的引进,吴大观等人的任务再次发生重大变化:“在二所成立初期,六院领导指示:为了贯彻做设计工作的准备,要执行‘摸着石头过河’的方针,即摸透米格21飞机、涡喷7发动机。并决定将0307基地的试验建设的规模定为以试验涡喷7发动机部件为主。全所的设计人员在此方针的指引下,设计技术得到一定的提高。但是,摸透工作进行不到一年,受到当时的‘极左’思潮冲击,又在并不具备设计所需条件的情况下,开始设计歼9飞机需要的大推力加力涡扇发动机———涡扇6发动机,代号‘910’。”

从1964年10月开始,根据空军的要求,601所就以米格21为原准机,提出了装备两台涡喷7的渐改型方案———歼8,以及装备910发动机的大改型方案———歼9。这两个方案,后来得到了平行推进和实施。显然,研制歼9的难度系数比歼8要高上许多。

为歼8配套的发动机定型后称作“涡喷7甲”。

为歼9配套的“涡扇6”发动机,是中国第一次设计的大推力飞机发动机。这是一种双轴内外涵混合加力式涡扇发动机,设计最大推力70.6千牛,加力推力121.5千牛,推重比为6。这在当时来说是一种性能十分先进的大推力发动机。

最后的涡扇---9

早在1964年8月,跟吴大观有兄弟之谊的徐舜寿就被调到西安,从事大型飞机的设计工作,但不幸于1968年1月6日去世。九年之后,1977年的年底,吴大观也被调到了西安,在430厂当技术副厂长,投身于涡扇9发动机的研制。这款发动机后来被命名为“秦岭”,成为“飞豹”——— 歼轰7的标配动力。

这也是吴大观直接参与仿制的最后一款航空发动机。

涡扇9是中国根据引进的英国“斯贝”军用航空发动机的专利仿制生产的。1975年12月13日,中英两国签订合同,英国同意中国购买军用斯贝发动机专利、发动机整机和发动机辅机。

对斯贝的仿制过程,几乎跟当年引进美国和苏联航空发动机的流程完全相同。

意义最重大的地方在于:通过到英国对生产出来的发动机的试验考核,中国工作组基本摸清了英国高空试车台等试验设备和试验方法,对更好地促进我国航空发动机的科学试验研究的发展,产生了巨大的影响。

可以说,没有这次跟英国人的合作,中国在高空台的建设上,还会走上一段更漫长的道路。而没有一流的高空台,要想研制出一流的大推力、高性能的航空发动机,则无异于痴人说梦。

吴大观仿制过美国人的发动机,也仿制过苏联人的发动机,但在英国人的罗·罗公司,吴大观说比他从苏联人那里学到的东西还要多:

“我到430厂主要是跟英国专家搞装配、试车,专门搞质量,制造我不管。发动机制造出来,要搞考核、验收、持久试车。英国也先后派了六位专家来做考核工作,我们从英国专家那里学到不少东西,一个新的发动机制造出来以后,怎样进行长期试车? 有什么要求? 经过什么程序? 怎么保证质量?资料比较多,学到不少西方的持久试车技术。”

“我们就是学,由于没有新机研制经验,很多不懂,学到不少东西。我们问了很多问题,他们也认真地教,可是关键的技术不告诉我们。但就是这样子,也比苏联过去给我们的东西多得多。”

但再怎么学,英国人还是严密封锁自己的关键技术。吴大观自己也心知肚明:

“不管怎么样,人家卖给我们的是制造权,而不是设计权。不能买苹果,把苹果树都买回去了,这是罗· 罗公司的那位技术董事胡克先生讲的。他说:‘你们中国人真厉害啊! 买我们的苹果,还想要连苹果树都买走。苹果树嘛,那是另一回事。’”

这让吴大观再一次深刻地明白:即便花了钱,高新关键技术也是难以买来的。

涡扇9发动机的制造成功,使中国在20世纪有了一台推力适中的加力涡轮风扇发动机,填补了一项空缺。吴大观为此在英国整整待了半年。

从英国回来,吴大观除了意识到建设高空台的重要性之外,还对预研和标准的重要性有了更深刻的理解。

后来,吴大观在1989年2月专门写了一篇文章……以涡扇9的技术消化为例,谈到了研制与预研的辩证关系: “由于对斯贝MK202发动机的性能、结构设计技术没有消化吃透;对海军提出的过高的性能要求,在发动机上不采取措施;对发动机研制缺乏经验,对舰改设计工作的难点认识不足,把改进改型设计看得过于简单,不做艰苦的研究试验工作,光凭满腔热情。上马以后,就是工厂全力以赴,由于预研工作这个大缺口,研制过程中必然要碰上‘暗礁’,这也是必然规律。”

他进而对航空发动机的研制历史进行了回顾,得出这样的一个结论:“大量事实证明,30多年的航空发动机型号研制历程所走的坎坷曲折的道路,主要是由于对发动机预先研究的重要性认识不足,致使型号研制工作遭到多次冲击和干扰。也可以说,30多年的发动机型号研制历史,是一部忽视预先研究,在型号研制上吃了大苦头的历史……”

……吴大观更深刻地总结说:“引进、仿制、发展是世界各国任何行业通用的方法,但是,这要有个前提,那就是要认清测绘仿制仅是过渡的手段,不能当作目的。唯有通过引进、消化、吸收进行仿制,然后结合自己的预先研究、技术储备基础、积累的研制经验进行改进、改型,才有可能走上开发先进产品的道路。如果没有自己的科研技术研究基础,将会永远跟在别人后面亦步亦趋地爬行,而不是什么捷径。”

痛定思痛,预研对航空发动机可持续研制的基础性作用,被吴大观上升到了一个战略高度。

巧合的是,也许正是因为意识到了预研的重要性,从上个世纪90年代末开始,中国的航空事业开始进入了一个新的振兴和崛起的历史阶段。