發動機試車成功后的第三天清晨,
五點半,天剛蒙蒙亮,一列墨綠色的專列緩緩駛入站臺。
列車剛停穩,一個身影已經迫不及待地出現在車廂門口,正是航天航空集團總工楊衛東。
他今天特意換上了一身嶄新的中山裝,頭發梳得一絲不茍,但眼下的烏青透露出一夜未眠的痕跡。
車門滑開,楊衛東第一個跳下站臺,皮鞋在水泥地上發出清脆的響聲。
他身后,二十多位專家魚貫而出。
這些來自沈飛、成飛以及航空工業集團內部的頂尖人物,構成了東大航空工業的脊梁。
走在最前面的劉振邦已年過七旬,腰板卻挺得筆直。
他身穿洗得發白的藍色中山裝,左胸口袋別著兩支鋼筆,手里提著一個鼓鼓囊囊的黑色人造革公文包。
那是1978年他去法國考察時買的,用了六年依然舍不得換。
他的眼睛在鏡片后微微瞇起,仔細打量著周圍。
王明遠稍年輕些,戴著一副金絲邊眼鏡,手里拿著一本厚厚的筆記本,封面已經磨損得看不清字樣。
他一下車就深吸了一口氣,仿佛要吸進這里的每一分空氣。
趙立民院士走在中間,這位材料學泰斗的步伐有些蹣跚,需要助手攙扶。但當他抬頭看向遠處紅星廠廠區時,眼神火熱起來。
還有氣動專家周永康,結構力學權威陳建國,控制系統大師李文博。
每一個名字都在東大航空史上留下過印記。
他們中有人參與過殲-5的仿制,有人為殲-6的改型熬白了頭,有人在殲-7的氣動設計上傾注了半生心血。
今天,這些平日里在各自領域說一不二的權威,卻像小學生春游般興奮,低聲交談著,目光中充滿期待。
“老劉,你說他們真搞出來了?”王明遠壓低聲音問,手里不自覺地摩挲著筆記本邊緣。
劉振邦沒有立即回答,他望就望站臺盡頭。
那里,林默已經帶著秦懷民、張利等人在等候。
“兩年時間,從零開始到大推力渦扇……太不可思議了。”劉振邦終于開口,眼神中帶著興奮。”
“去看看就知道了。”趙立民接過話頭,聲音有些沙啞,“我研究了四十年高溫合金,看一眼葉片就知道真假。”
這時,林默已經迎了上來。
“楊總工!”林默快步上前,伸出雙手。
“林所長!”楊衛東一把抓住林默的手,握得緊緊的,手心的溫度傳遞著激動,“我們又來了!這次可是把家底都帶來了,你看后面這些老爺子,都是咱們航空工業的寶貝疙瘩!”
他轉身開始介紹,語速快得像在報菜名:“這位是航集團副總經理師劉振邦,1956年哈軍工畢業,參加過殲-6、殲-7的研制,主持過殲-7ii的氣動改進。”
“這位是系統工程師王明遠,你見過的,北航67屆,殲-7ii的總設計師。”
“這位是集團材料研究所的趙立民院士,莫斯科鋼鐵學院留學歸來,高溫合金領域的泰斗,咱們渦噴-7的葉片材料就是他帶隊攻關的。”
“這位是氣動專家周永康,北航教授,國內第一套跨音速風洞就是他參與設計的,這位是……”
一連串名字和頭銜,每一個都重如千鈞。林默一一握手致意。
“楊總工,各位專家,一路辛苦了。”
林默微笑著說,他的笑容溫和而自信,“從京都過來七八個小時車程,大家先去招待所休息一下?”
“房間都安排好了,熱水也備著。”
“不用休息!”劉振邦第一個開口,聲音洪亮得完全不像七十歲的老人,“在火車上坐得骨頭都僵了,時間緊急,我們直接去看發動機!”
“我在臥鋪上一晚上沒合眼,腦子里全在琢磨,你們到底用了什么魔法,兩年時間搞出三代大推?”
“是啊,林所長,直接去廠里吧。”王明遠推了推眼鏡,鏡片后的眼睛閃著光,“我們見著好東西比見著親兒子還親。”
“你要讓我們去睡覺,我們也睡不著啊!”
趙立民沒說話,只是用期待的眼神看著林默,那雙有些混濁的眼睛此刻亮得驚人。
楊衛東哈哈大笑:“你看,林所長,大家的心都飛了,咱們就別客套了,直接去十號工程大樓吧,我路上可是給他們夸下海口了,說今天要讓他們開開眼!”
林默環視一圈,看著這些平均年齡超過六十歲的老專家們臉上孩子般的急切,心中一暖:
“好,那就恭敬不如從命。車子已經準備好了,咱們直接過去。”
他側身做了個“請”的手勢。
廠里調來的三輛面包車停在站外,車窗擦得锃亮。
20分鐘后,車隊駛入紅星廠大門。
朝陽正好升起,金色的陽光灑在廠區寬闊的道路上,灑在路邊標語牌“自力更生,艱苦奮斗”的紅字上。
劉振邦把臉貼在車窗上,仔細看著窗外景象。
整潔的道路,規劃有序的廠房,穿著統一工裝的工人騎著自行車匆匆而過,每個人臉上都帶著一種他說不上來的神情,不是普通工廠那種按部就班的麻木,而是一種蓬勃的,向上的勁頭。
“這廠子,氣氛的確不一樣,別的不說,就這個工人的精神狀態就能看出來。”他喃喃道。
王明遠順著他的目光看去,點點頭:“你看那些工人,走路都帶風,我們集團那邊,只有當年搞殲-7ii攻堅時有過這種氣氛。”
十分鐘后,車子在十號工程大樓前停下。
樓前豎著一塊巨大的倒計時牌,紅色數字醒目地顯示著:“距十號工程首飛還有587天”。
“587天……”周永康仰頭看著數字,扶了扶眼鏡,“林所長,你們真打算84年首飛?”
“計劃是這樣。”林默平靜地說,“但科研工作,計劃往往趕不上變化。我們只能盡全力。”
走進大樓,氣氛更加不同。
大廳墻上掛著巨幅的十號工程三面圖,線條流暢優美,完全是三代機的氣動外形。
另一面墻上,是項目組織結構圖和進度表,密密麻麻的線條和節點,顯示著這個龐大工程的復雜程度。
但最引人注目的,是正中央懸掛的一條橫幅,紅底白字:“鑄大國重器,挺民族脊梁”。
趙立民在橫幅前駐足良久,嘴唇微微顫動,最終只是輕輕說了兩個字:“好啊!”
他們沒有在大廳停留,直接走向地下二層的試車臺區域。
電梯下降時,狹小的空間里安靜得出奇,只能聽到電機運行的嗡嗡聲和人們壓抑的呼吸聲。
“叮”一聲,電梯門打開。
試車臺區域經過精心整理,地面一塵不染,各種測試管線整齊地排列在專用線槽內。
而那臺銀灰色的ws-10a驗證機,就靜靜地立在中央試車臺上,在數十盞無影燈的照射下,泛著冷冽而精致的金屬光澤。
專家們走進試車間時,目光第一時間就被中央那臺發動機吸引,流線型的外形,每一處曲線都經過精心計算,精密的加工表面,反射著均勻的光澤,復雜的管路接口,排列得井然有序。
“就是它……”趙立民喃喃道。
他顫巍巍地走上前,助手想攙扶,被他輕輕推開。
老人從口袋里掏出老花鏡戴上,又從另一個口袋摸出一個巴掌大的放大鏡。
他幾乎把臉貼到了發動機外殼上,放大鏡一寸一寸地移動,觀察著表面的每一個細節。
“這表面處理,看這拋光精度,ra值不會超過0.4微米,這焊縫,均勻致密,目測看不出任何氣孔夾渣,這裝配間隙,塞尺都未必插得進去……”
作為材料專家,他太清楚這些細節意味著什么。
發動機不是工藝品,但比工藝品要求更高。
要在極端高溫,高壓,高轉速下可靠工作數小時,每一個部件的精度都必須達到微米級,每一道工序都不能有絲毫馬虎。
劉振邦則站在稍遠的位置,雙手抱胸,目光如炬地掃視著發動機的整體構型。
他在腦海里迅速構建著三維模型:進氣口直徑約1米,風扇三級,壓氣機,數不清多少級,渦輪……他的眉頭漸漸皺起。
“不對啊……”他低聲自語。
“什么不對?”旁邊的王明遠問。
“這長度……”劉振邦比劃著,“看起來不到5米,但按照三級風扇加高壓壓氣機加渦輪的常規布局,不應該這么緊湊。”
“除非他們用了對轉渦輪。”周永康接話,他的眼睛也盯著發動機尾部。
幾位專家交換了驚訝的眼神。對轉渦輪設計,這個概念他們都知道,m國普惠公司的f119發動機就用了這種先進設計。
但國內,從來只停留在論文和設想中。
這時,張利走上前。
他今天特意換上了干凈的白色工作服。
“各位領導、專家,這就是ws-10a驗證機,十號工程的‘心臟’。”
他的聲音在空曠的試車間里回蕩,“整機長度4.56米,最大直徑1.18米,凈重1635公斤。”
“兩天前,就在這里,完成了首次整機地面試車,持續運行47分鐘,最高轉速達到額定值的102%,所有性能參數達到或超過設計指標。”
他從助手手中接過一份厚厚的測試報告:“這是詳細的試車數據記錄,包括轉速,溫度,壓力、振動等387個監測點的實時數據,大家可以隨時查閱。”
“但今天,我更想帶大家近距離看看這臺發動機的‘內在’。”
張利走到發動機前,“下面由我為大家詳細介紹它的技術特點,過程中各位有任何問題,請隨時提出。”
他頓了頓,環視在場的專家們。
這些老人眼中沒有輕視,只有專注。
劉振邦第一個舉手。
盡管沒有課堂,他還是保持著學者的習慣。
“張工,我先問個最基礎的架構問題。”劉振邦的聲音沉穩,“你們采用的是什么構型?”
“幾級風扇?幾級壓氣機?渦輪怎么安排的?還有,我剛才目測覺得發動機長度偏短,是不是用了特殊設計?”
一連串問題,每個都直指核心。張利走到發動機前,指向各個部件。
“劉總的確是問到了點子上,我們采用的是常規的渦扇構型,但確實有一些特殊設計。”
他先指向進氣口部分:“風扇部分,三級,第一級風扇直徑1.18米,有24片寬弦空心葉片。”
“第二級22片,第三級20片,三級風扇總增壓比3.5,這個數據在國際同級別發動機中處于中等偏上水平。”
“壓氣機部分,九級高壓壓氣機。”
“前三級是整體葉盤設計,這是減重和提高可靠性的關鍵,后六級采用傳統的盤片分離結構,但用了全新的榫接形式。”
“渦輪部分,”張利的指向發動機后部,“這里就是剛才劉總覺得長度有玄機的地方。”
“我們采用了一級高壓渦輪加一級低壓渦輪的對轉設計。”
“對轉?”王明遠忍不住插話,“你確定?”
“高壓渦輪和低壓渦輪旋轉方向相反?”
“千真萬確。”張利肯定地點頭,他從助手手中接過一個精致的剖面模型,那是用有機玻璃制作的發動機簡化模型,內部結構一目了然。
“大家請看,”他指著模型中的渦輪部分,“高壓渦輪驅動高壓壓氣機,順時針旋轉,低壓渦輪驅動風扇和低壓壓氣機,逆時針旋轉。”
“兩個轉子通過中介軸承連接,但旋轉方向相反。”
他放下模型,在黑板上快速畫出簡圖:“這種設計有幾個關鍵優勢,第一可以抵消大部分陀螺力矩,減輕發動機機架的結構負荷,預計能減重12%左右。”
“第二對轉帶來的氣動耦合效應,可以提高整個渦輪段的效率,我們估計能提升約3%-5%,第三,也是最重要的可以大幅縮短發動機長度。”
“常規布局需要增加級間導向葉片來整流,對轉設計則不需要,這讓我們在同等推力下,長度縮短了0.8米。”
張利在“0.8米”下面重重畫了兩道線:“對于戰斗機來說,這0.8米意味著什么?”
“意味著機身可以設計得更緊湊,意味著更好的機動性,意味著更小的雷達反射截面積。”
試車間里響起一片低低的議論聲。專家們交頭接耳,有的點頭,有的搖頭,有的在筆記本上快速計算。
“對轉渦輪的技術難度呢?”
周永康推了推眼鏡,“軸承怎么解決?潤滑系統怎么設計?”
“振動問題怎么控制?還有――熱匹配,高壓渦輪和低壓渦輪工作溫度不同,熱膨脹系數差異導致的間隙變化,你們怎么控制?”
問題一個比一個尖銳,一個比一個專業。
“周教授問的都是核心難題。”張利坦誠地說,“首先軸承,我們采用了德國fag公司的高溫高速中介軸承,但進行了重新設計,在內圈增加了特殊的冷卻油路。”
“潤滑系統是干艙式設計,高壓渦輪側和低壓渦輪側完全獨立,避免油液混合。”
他走到測試臺旁邊的控制柜,打開一個面板,里面是密密麻麻的傳感器接線:
“振動控制方面,我們布設了32個振動監測點,實時監測轉子動平衡狀態。”
“最關鍵的是,我們開發了一套主動振動抑制算法,當監測到異常振動時,控制系統會微調燃油流量,改變工作點,避開共振頻率。”
“至于熱匹配問題,”張利從臺子上拿起一個金屬零件。
“這是我們的渦輪機匣,采用了雙層結構,內層是耐高溫的鎳基合金,外層是鈦合金。”
“兩層之間設計有精密的氣膜冷卻通道,通過調節冷卻空氣流量,可以自動控制機匣的熱膨脹量,將渦輪葉片葉尖間隙控制在0.3-0.5毫米的理想范圍內。”
他頓了頓,補充道:“這套間隙自動控制系統,我們申請了六項國家專利。”
趙立民一直沒說話,這時突然開口:“材料呢?高壓渦輪葉片,用什么材料?工作溫度多少?”
這個問題問到了最核心的地方。
渦輪前溫度,是衡量發動機技術水平的最關鍵指標之一。
張利走到發動機尾部,這里溫度最高,技術難度最大。
他示意助手拿來一個透明的展示盒,里面是一片精致的渦輪葉片,在燈光下泛著淡淡的金色光澤。
“渦輪葉片,我們采用了復合氣冷空心渦輪葉片。”他說出了這個重量級的技術名詞。
會議室里安靜了一瞬,然后爆發出更大的議論聲。
“空心葉片?你們真做出來了?”
“復合氣冷?怎么個復合法?”
“材料呢?用什么材料能承受這個溫度?”
張利抬手示意大家安靜:“各位專家,別急,我一個個說。”
“首先是材料,我們用的是第二代定向凝固高溫合金,牌號dd-403,這是中科院金屬所專門為這個項目研制的。”
他打開展示盒,小心翼翼地取出那片葉片。
葉片大約十五厘米長,造型復雜優美,前緣尖銳,后緣圓滑,表面布滿了細密的氣膜孔。
“大家看,葉片內部不是簡單的空心。”
張利將葉片對準燈光,內部復雜的冷卻通道在透光下隱約可見,“我們設計了多層冷卻通道。
冷卻空氣從壓氣機第9級引出,經過預冷后分成三路。”
他在黑板上畫出詳細的冷卻氣流路徑圖:“第一路,占總流量的30%,進入葉片前緣的22個沖擊冷卻孔,以每秒120米的速度沖擊葉片內壁,這是‘沖擊冷卻’。”
“第二路,占45%,進入葉片內部的蛇形通道,這是‘對流冷卻’。”
“第三路,占25%,從葉片表面的362個氣膜孔噴出,在葉片表面形成一層低溫氣膜,隔絕高溫燃氣,這是‘氣膜冷卻’。”
張利用不同顏色的粉筆標注三條路徑:“這種‘沖擊+對流+氣膜’的三重復合冷卻方式,是我們的核心創新之一。”
“通過數值模擬和大量試驗,我們優化了各種孔的位置,角度,實現了冷卻效率的最大化。”
“實測數據顯示,這套系統可以讓葉片表面溫度比燃氣溫度低380-420攝氏度。”
他在黑板上寫下一串數字:“渦輪前溫度,我們做到了1980k,也就是1707攝氏度。”
“而葉片基體溫度,通過冷卻系統,可以控制在1300度左右。”
“這個溫差,意味著葉片材料不需要承受極限溫度,壽命可以大幅延長。”
“1980k……”王明遠喃喃計算,手指在空中虛點。
“f100-pw-100的渦輪前溫度是1650k,f110-ge-129是1750k,老大哥al-31f大概是1680k……1980k,這已經接近m國正在測試的下一代發動機的水平了!”
“王總,不能簡單這么比。”張利謹慎地說,“渦輪前溫度只是一個指標,還要看其他參數配合。”
“我們的目標是在保證可靠性的前提下,逐步提升性能。”
“1980k是實驗室理想值,實際裝機使用時,初期會控制在1850k左右,等積累了足夠的使用數據后再逐步提升。”
趙立民戴上專用眼鏡,湊近那片葉片,看了足足一分鐘。
他的手指輕輕撫過葉片表面,感受著那些氣膜孔的均勻排列,他又將葉片舉到耳邊,用手指輕彈,清脆中帶著一絲回響,那是空心葉片的特征聲。
老人抬起頭時,眼眶有些發紅:“好……真好……58年,也就是二十多年前,我在沈陽金屬所,跟著老大哥專家學高溫合金。”
“那時候咱們連真空感應爐都沒有,用的是最簡單的電弧爐,做出來的合金雜質多得沒法看。”
他擦了擦眼角:“后來老大哥走了,圖紙燒了,設備拆了。”
“我們怎么辦?自己干!”
“從真空熔煉開始摸索,失敗一次,再來一次;再失敗,再來……65年,我們做出了第一爐合格的k403合金,用在渦噴-7上,雖然壽命只有50小時,但那是咱們自己的!”
趙立民的聲音哽咽了:“現在,幾十年過去了,定向凝固爐,我們自己造的,單晶葉片,我們自己拉的,空心冷卻,我們自己設計的。”
“張工,你們這臺發動機上,用了多少新材料和新工藝?”
張利想了想,示意助手拿來一份清單:“我粗略統計過,整臺發動機,新一代高溫合金用了11種,包括渦輪盤的gh4169,渦輪葉片的dd-403、燃燒室的k424等等。”
“鈦合金用了8種,主要是壓氣機葉片和機匣;復合材料用了3種,包括風扇機匣的碳纖維復合材料和部分管路的聚酰亞胺材料。”
他翻到第二頁:“新工藝方面,除了剛才說的冷輥軋,定向凝固,還有超塑成型,用于制造復雜的鈦合金中介機匣,還有等離子噴涂熱障涂層,化學氣相沉積耐磨涂層……總共27項新工藝,其中19項是我們自主研發或改進的。”
“27項……”劉振邦長嘆一聲,摘下眼鏡擦了擦,“林所長,你們這不是在造發動機,你們是在建設一個完整的高端制造體系啊!”
“真了不起!”
“這些工藝一旦成熟、推廣,受益的何止是航空工業?”
“整個國家的裝備制造業水平都能上一個臺階!”
林默一直在旁邊靜靜地聽著,這時才走上前:“劉總說得對,我們造發動機,確實不只是為了造一臺發動機。”
“航空發動機是工業皇冠上的明珠,它涉及幾十個學科,需要最精密的加工、最嚴格的質量控制、最系統的測試驗證。”
“通過這個項目,我們要把整個鏈條打通,建立一套我們東大自己的航空發動機研發體系。”
他環視在場的專家:“有了這個基礎,以后我們造第四代,第五代發動機,就會容易很多。”
“甚至造燃氣輪機、船用動力,也能借鑒這套經驗,這才是十號工程更深層的意義。”
“這個思路對!”楊衛東激動地插話,他一直在后面記錄,這時忍不住走上前。
“我們以前就是太分散,材料所搞材料,工藝所搞工藝,設計所搞設計,各干各的。”
“材料所研發出新材料,工藝所沒有配套工藝;工藝所搞出新工藝,設計所不敢用;好不容易集成到一起,測試時問題百出,互相扯皮。”
他指著眼前的發動機:“紅星廠這種全鏈條模式,從設計到材料到工藝到制造到測試,全部在一個體系內完成,有問題現場解決,有改進直接應用。”
“這才是真正的高效研發模式!這值得在全行業推廣!”
參觀持續了整整一上午。
專家們問了幾百個問題,從氣動設計到強度計算,從振動分析到壽命預測,從質量控制到成本控制……張利和他的團隊一一解答。
有些問題現場答不上來的,就坦誠地說“這個還在研究中,目前的數據是……”,然后記下來,承諾后續提供詳細資料。
中午十二點半,林默再次提議去吃飯時,這次沒有人反對了,不是不感興趣了,而是問題問得太多,嗓子都啞了。
食堂特意為專家們開辟了一個小廳,老專家們坐在一起,還在熱烈討論。
“老趙,你看那個空心葉片的冷卻設計,是不是和m國f100有點像?”劉振邦夾了一塊紅燒肉,卻沒往嘴里送,只是用筷子指著空氣比劃。
“像,但又不完全一樣。”趙立民慢慢嚼著白菜,邊思考邊說。
“f100用的是多通道對流冷卻為主,氣膜冷卻為輔。他們的設計更……怎么說呢,更粗獷一些,冷卻效率高,但流阻也大。”
“紅星廠這個,沖擊冷卻的比例增加了,蛇形通道的彎角優化了,整體流阻降低了約15%,但冷卻效果反而提升了8%。這是真正的優化設計,不是簡單仿制。”
“這就對了!”王明遠一拍桌子,震得碗筷叮當響,“仿制只能跟跑,創新才能并跑甚至領跑!”
“紅星廠這幫年輕人,有這股勁兒!你看那個張利,四十出頭吧?講解時那份從容自信,比我們當年強多了!”
周永康推了推眼鏡:“不止張利,你們注意到沒有,整個團隊的平均年齡可能不到三十五歲。”
“那個負責振動測試的小伙子,看起來才二十七八,但說起主動振動抑制算法,頭頭是道。后生可畏啊!”
“所以我說,”劉振邦終于把紅燒肉送進嘴里,滿足地咀嚼著,“咱們這些老家伙,該放手時就得放手。”
“把舞臺讓給年輕人,他們比我們敢想敢干。我們呢,當當顧問,把把關,就行了。”
趙立民卻搖搖頭:“不能全放手。經驗還是要傳下去的,我打算回去就寫報告,建議集團派一批年輕人來紅星廠學習,輪訓也行,長期駐扎也行,這么好的平臺,不能只讓他們自己用。”
“這個建議好!”
楊衛東端著餐盤走過來,在空位上坐下,“我已經想好了,回去就協調,從沈飛,成飛,西飛各抽二十名技術骨干,分批來紅星廠學習。”
“不僅要學發動機,還要學他們的研發模式,管理方法。”
他吃了口飯,繼續道:“林默跟我說了,他們準備整理一套完整的研發規范,從設計準則到工藝標準到測試方法,全部形成文件。”
“這套東西,比具體的發動機技術更重要,這是方法論,是研發體系。”
幾位老專家紛紛點頭。他們太清楚規范體系的重要性了。
東大航空工業走了太多彎路,很多時候不是技術不行,而是缺乏系統的方法。
憑經驗、憑感覺,換個項目、換批人,又要從頭摸索。
另一邊,年輕的工程師們也在討論。他們沒有在小廳,而是在大食堂和普通工人們一起吃飯。
“看到沒?那些老專家,剛開始進來時還一臉嚴肅,現在笑得跟孩子似的。”
一個戴眼鏡的年輕工程師說,他是張利團隊的成員,今天負責操作演示設備。
“那當然,咱們的發動機就是爭氣!”旁邊的同事往嘴里扒了一大口飯,“張工講的時候,我看到劉振邦總工一直在點頭,后來還偷偷豎起大拇指。
“不過壓力也更大了。”第三個年輕人說,他是飛控系統的。
“發動機出來了,性能這么好,其他系統要是拖后腿,那就丟人了。”