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总说中国航空发动机不行,你可知道老一辈白手起家时有多不易?
点击:  作者:铁流    来源:瞭望智库  发布时间:2016-09-06 09:53:10

 

         【导读】航空发动机被誉为工业之花,是资本和技术密集型的高科技产品。不过一直以来,不少人对中国的航空发动机一直存有质疑——虽然开发出了一系列产品,满足了保卫祖国领空的需求,但这些发动机不是苏制发动机的仿制版本,就是对欧美技术的仿制或逆向工程。

自主研发的发动机就没有吗?当然有。但有的半途而废,比如涡扇6;有的至今没有大量装备部队,比如涡喷14;还有的正在研发中,比如涡扇15......在已经大量装备部队的航空发动机中,与国外技术基本没有关系、完全自主研发的产品相对偏少。

如果回溯建国初期中国航空发动机发展史,感受建国初期的航空人士的艰辛和奉献,你就会明白,中国老一辈航空人士白手起家,基本上从零开始,一步一步,达到今天的水平,已经相当不易。

1在百废待兴中布局航空工业

1951年是新中国航空发动机与航空工业的元年。

当年418日,中共中央决定成立重工业部航空工业局,负责战机维修和制造工作,拿出了60亿斤小米,集中了全国80%以上的航空人才、70%以上的设备和97%的资金用于410厂、112厂、120厂、122厂、331厂、320厂的建设。

航空工业局技术人才主要来自大连建新公司人员、空军技术人员、重工业部航空工业筹备组和华东航空工程研究室人员。其中更是不乏像吴大观、徐舜寿、黄志千这样的技术尖子,以及后来成为歼7之父屠基达,成为飞豹总师的陈一坚。

还有一批人来自原来的东北抗联。抗联撤入前苏联后,有的被编入苏军参加欧洲战场客死他乡;有的被编入88旅,参加了满洲里战役;还有部分被前苏联政府编入工厂自食其力,在二战结束后,因前苏联青壮年劳动力严重不足,这批人直到新中国成立后才归国,而且已经从抗日战士转变为熟练的技术工人。

这六家工厂各司其职,既分工又合作——沈阳的410厂(黎明)与112厂(沈飞)相配套,前者生产歼击机发动机,后者装配歼击机;哈尔滨的120(安东发动机)厂与122厂(哈飞)相配套,前者生产轰炸机发动机,后者装配轰炸机;331厂(南方航空工业)与320厂(洪都)相配套,前者生产练机发动机,后者装配教练机。

在朝鲜战争期间,中国航空人在一穷二白的情况下,用前苏联的零件组装了100余架米格15,为朝鲜战争中,将联合国军赶回38线敬献了自己的力量。

作为建国初期三大厂之一的洪都虽然现在名声远不及沈飞、哈飞,甚至也不及成飞、西飞等后起之秀,但在建国初期,洪都在设备和规模方面属全国第一。因为洪都机械厂的前身是民国时期的三大飞机制造厂——中央南昌飞机制造厂,拥有30多台民国时期遗留下来的破旧设备和一条1500米的碎石跑道。

虽然这个基础非常寒碜,但对当时满目疮痍的旧中国而言,这已经是非常宝贵的一笔财富。基础第一的洪都尚且如此,沈飞和哈飞的的起点可想而知。因此,这六家工厂在一段时间内的主要工作不是生产制造飞机和航空发动机,而是翻新、修理老旧和破损的飞机和发动机。

2仿制M11和雅克18

1953年,高镇宁在洪都开始仿制雅克18零件,而负责仿制雅克18配套发动机M11的任务就落到株洲331厂身上。

高镇宁是一员福将——他参加过三种飞机的仿制,负责过三种飞机的自行设计,主管过两个国家重点飞机型号的研制,而且所有项目都获得了成功,在中国航空可谓史前无古人,后无来者331厂原来仅仅是一家炮弹生产厂,第一代航空人在极端艰苦的环境下,将炮弹工厂改成了发动机工厂,一边修理M11发动机,一边试制简单部件。在从前苏联运回来的技术资料抵达311厂后,就开始着手整机仿制。

M11发动机

M11是一款星型活塞式发动机,主要由曲轴、连杆、活塞、汽缸、分气机构和机匣等部件组成,运作原理是用燃料燃烧产生的能量推动活塞产生动力,因汽缸以星型环绕的方式围绕传动轴进行布置,这种发动机也因此得名星型发动机。

星型发动机工作原理

仿制M11最大的难点是发动机机匣,因为M11的机匣是铝合金制造的,而当时中国根本没有掌握电解铝技术和铝合金制造技术,只好自己造电炉,冶炼铝合金,期间还发生过事故。在历经千辛万苦之后,1954818日,M11试制成功,918日批量生产,初教5也于54826日批准生产。从此中国第一批国产飞机翱翔于蓝天。

初教5

初教5的成功研制,不仅为国家节约了大量外汇,还为中国研制战机积累了技术和经验。另外,作为新中国自己生产的第一架飞机,初教5更是具有特殊的政治意义。毛泽东同志在听闻初教5试飞成功后说,这是一件惊天动地的大事,自从盘古开天辟地以来,三皇五帝至今,我们不晓得造飞机,造汽车,现在开始能造了!

3涡喷5仿制成功

1954年,沈阳410厂根据前苏联BK-1发动机的技术资料仿制国产涡喷发动机。

之前仿制的M11是一款活塞式发动机,而在追求更高、更快、更强的过程中,活塞式发动机被淘汰了,因为工程师们发现了一个怪现象——无论是增加大发动机功率,还是使用更大的螺旋桨,都无法使发动机产生更大的动力——美国普惠公司设计生产的R-4360 发动机的汽缸总数达到了史无前例的28个,但这依旧无法挽救活塞式发动机。

活塞式发动机的瓶颈在于当螺旋桨旋转的速度超过了音速,那么螺旋桨的推力也会急剧的下降,产生无法逾越的推力鸿沟。因此,能够提供更大推力的喷气式发动机便成为备受瞩目的明星。

涡喷5发动机的原型是苏联的BK-1发动机,而BK-1的原型是英国罗尔斯罗伊斯公司的尼恩发动机。因前苏联在航空发动机方面迟迟无法突破,非常善于玩弄平衡之术的英国为了让美苏之间保持平衡,遂将自己最新研发的尼恩发动机卖给前苏联,加上当时的苏联无视西方的专利保护,肆无忌惮的山寨,还将山寨后的技术转让给了中国。

由于当时中苏关系非常好,前苏联专家传授技术可谓倾囊相授,加上采购了全套生产设备和生产工艺,因此,仿制工作非常顺利。410厂的工人在前苏联专家手把手的教导下,学会了全套生产工艺和技术,并于1956年仿制成功,命名为涡喷5,为歼5提供动力。

涡喷5是离心式涡喷发动机,离心式发动机采用螺壳叶片,将空气吸入后将气体离心式吹入燃烧室,和燃料混合燃烧后喷出气体产生动力。相对于现在广泛采用的轴流式发动机,离心式发动机单级增压效率比轴流式发动机更高,且发动机整体比较短,拥有结构简单,制造方便,比较耐用。

当然,有得就有失,离心式发动机的缺点是迎风面积大,通风效率偏低,无法实现像轴流式发动机那样多级增压,因而最终被轴流式发动机所取代。但在50年代,离心式涡喷发动机还是有优势的。

尼恩发动机

涡喷5的成功仿制,不仅使中国进入喷气式战机时代,更使中国在当时有了和帝国主义基本没有代差的战机——J5有了强有力的心脏。

4成立第一设计室和第二设计室

50年代中期,中国决定自主设计飞机,并于195610月成立第一设计室(现601所)和第二设计室(现606所)。

经过1951-1956年,对M11、涡喷5等苏式航空发动机的仿制,中国不仅从前苏联引进了生产设备和生产工艺,更积累了一定的航空发动机的生产和设计经验,这些都为自主设计航空发动机打下了基础。

第一设计室专门设计飞机,与沈飞配套,由徐舜寿负责;第二设计室专门设计航空发动机,与410厂配套,在技术业务方面由吴大观负责(吴不是一把手)。

徐舜寿和吴大观都是我国航空工业的元老级人物,都是国民政府40年代公费留学培养的人才。民国时代非常奇葩,一方面文盲遍地,另一方面通过公派精英到欧美留学,着实培养了不少人才,非常类似于今天的南亚某大国。在40年代被日本航空兵虐杀后,民国政府痛定思痛,先后派出4批留学生前往欧美留学。

因为当时中国对外渠道基本被日本封锁,几乎都要走驼峰航线到印度后再辗转到英、美,驼峰航线凶险无比,而且还有可能遭遇日军战机拦截。因此这批留学生离开祖国之时皆抱必死之心,他们不仅天资秉异,而且满怀航空救国热情,徐舜寿、吴大观、陆孝彭、黄志千都是其中杰出代表。

徐舜寿在16岁时考取了清华大学机械系航空工程组,40年代赴美留学,曾在麦克唐纳飞机公司参与FD-1FD-2飞机的设计工作。回国后在南京国民政府空军第二飞机制造厂从事气动力研究和飞机设计,担任中运2号和3号飞机的总体设计和性能计算工作。1949年,南昌第二飞机制造厂迁往台湾,徐舜寿以送妻小回乡为由,辗转至解放区,投身新中国航空工业建设。

徐舜寿

吴大观于40年代赴美学习航空发动机技术,在美国莱可敏航空发动机厂以设计试验工程师名义学习深造期间掌握了机械加工技术,并成为美国自动车工程师学会会员。在普惠航空发动机公司学习期间,学习了喷气发动机离心压气机叶轮和涡轮部件的制造技术,是一位既懂发动机设计,又懂发动机制造的双料人才。

吴大观

第二设计室成立之初有100人,人才源自哈尔滨航空发动机厂、南京航空工业专科学校和沈阳航空发动机厂设计科。因这批人当中大半是学活塞式发动机或者从事发动机制造和维修的,在喷气发动机设计理论和设计方法缺乏理论基础和经验积累。因此,在410厂生产涡喷5的过程中,第二设计室全员驻厂学习,边学边琢磨怎么设计喷气式发动机。

5开始自主设计飞机和发动机

195610月,第一设计室和第二设计室开展歼教1和涡发1的设计。

1957年,歼教1技术被冻结,空军的领导带着前苏联顾问来审核。前苏联顾问看了技术资料后说,飞机飞行性能有限,做不了特技

第一设计室的人表示,歼教1是中级教练机,重在保障安全性和完成基本的训练任务,速度和飞行性能位居次列。

前苏联专家被说服了,但空军一个处长表示,必须有战斗机的飞行性能,否则就不采购。在评审会上,他更是说出了你们设计的东西不行,宁愿买美国的教练机,也不要歼教1这样的豪言壮语

最后折中方案是不对气动外形进行修改,通过提升发动机推力获得更好的飞行性能。在重新设计了机匣、离心压气机、燃烧室、涡轮转子等部件后,将涡发11.2吨推力提升到1.6吨。1958726日,歼教1首飞成功。

歼教1

因为当时中国没高空台,涡发1所有试车都是在地面进行的。显然歼教1不可能贴着地面飞。因此歼教1后来并未量产,已生产的几架在使用中也被严禁飞到4000米以上的高度。

6夭折的红旗和东风

1958年,中国成功设计歼教1后,开始着手设计中国第一款超音速战斗机,项目命名为东风104。东风104的设计方案由苏联专家提出,但只给了个大概框架,具体怎么设计需要中国设计师来完成。徐舜寿为研制东风104战机,找到吴大观,问他能不能以涡喷6为基础进行放大设计,使新发动机的推力提升到4吨。

正在两人开始着手设计东风104红旗1涡喷发动机之时,却因正值大跃进运动,飞机的技术指标也随政治运动开始大跃进。最终东风104项目下马,红旗1在还未进入实质研制阶段就随东风104一道下马。

东风104项目下马后,徐舜寿启动了东风107项目,东风107是基于米格19的改进版本,东风107最大飞行马赫达到1.8,安装2台发动机,每台发动机的推力达4.2吨,设计思路是放大涡喷6,利用现有的涡喷6的技术设计红旗2

因哈军工的东风113的飞行纸面性能是丧心病狂的双25(飞行速度2.5倍音速,飞行高度2.5万米,歼8也只能做到双22),面对提高设计指标的要求,徐舜寿直言力劝。1960年,东风107、东风113相继下马,红旗2因失去装机对象而下马。

7受命于危难的活塞8

在中苏论战后,前苏联开始对中国实施禁运政策,其中,活塞式发动机也名列禁运黑名单。

前面说了活塞式发动机是被历史淘汰的产品,那为何前苏联还要对中国禁运呢?

其实,只要回顾50年代的几次战斗就豁然开朗了。

一江山岛战役解放军用的是伊尔10和图2;海南与美国航空母舰对持,解放军用的是米格15和图2;平定西藏叛乱解放军用的是图2和图4;猎杀台湾夜间侦察机解放军用的是图4和歼5

至于引进的伊尔28,不仅数量较少,而且形成战斗力也需要时间。

因此,在60年代初,中国轰炸机主力机型高度依赖活塞式发动机。如果无法设计生产自己的高性能活塞式发动机,中国空军的轰炸机和运输机就有可能陷入缺乏发动机的困境。

危难之时,120厂临危受命,开始研发活塞8。哈飞非常具有想象力,而且敢想敢做,将从前苏联引进的阿什82B发动机的主体与阿什82Т发动机的减速器组合成新的发动机,将原本两款用于直升机的发动机组合修改为运输机发动机,实现了一机四用——2、伊尔14、伊尔12和C46都装载活塞8

可以说,在60年代初,活塞8是中国航空发动机为数不多的亮点。

总体来说,建国初期中国的航空工业底子薄,主要依赖156工程中前苏联的援助建设起了自己的航空工业,一些自主设计也大多是采用将引进自苏联的成熟发动机放大或缩小设计,或将几种技术较成熟的发动机组合修改的模式,而且不少发动机因飞机项目下马而夭折,发动机与飞机配套研发的模式遗祸初显,并将在之后几十年的时间里反复出现。

但就是在如此困难的条件下,第一代航空人白手起家,成功仿制了M11、涡喷5、活塞8等一系列产品,使国产的教练机、歼击机、轰炸机和运输机有了强有力的心脏,为保卫祖国的领空呕心沥血。另外,这些仿制和研发工作还锻炼了一批人才,培养了队伍,为60-70年代中国航空工业的发展打下了基础。

相信随着技术积累的越发深厚,国家对航空发动机的越发重视,中国航空发动机将会迎来发展的春天。(作者微信:tieliu1988

责任编辑:向太阳
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