为飞机装上“中国心”

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  被列为国家重点项目、对我国落后的航空动力具有打翻身仗意义的标志性工程——高空模拟试车台的建成,在上个世纪90年曾鼓舞了多少中国人强国复兴的信心。获得这一国家科技进步特等奖的第一获奖人刘大响,自那以后继续向我国航空发动机的难关隘口攻关,先后取得中推核心机与高性能核心机研制的重大成果,把我国航空动力科研水平推向前所未有的高峰。在追赶世界先进领域方面,近年他又创建了航空发动机数值仿真中心,为航空发动机研制由“传统设计”向“预测设计”转变奠定了技术基础。回首刘大响所走过的历程,你会发现他当年是一个“好儿女志在四方”的青年,正是他在大西南偏僻山沟踏踏实实30年的奋斗,才成就了他一生报效祖国的志向和理想。
  花样青春年华
  刘大响1937年10月14日出生于湖南省祁东县罗口町镇清公祠村。爷爷是村中中医,靠医病谋生,家境比较优裕。父亲广西大学毕业,后来成为中学教师。母亲受过良好的教育,爷爷把医术和秘方传授给了母亲,成为当地乡村妇科医师。母亲虽生育了七个孩子(两个妹妹早年夭折),但刘大响因是爷爷家第三代中的第一个男孩,家里人从小对他有点娇生惯养,他曾趴在爷爷怀里,把他的胡子编成辫子,爷爷也不生气。
  小时候的刘大响比较淘气,经常和小伙伴一起爬树,掏鸟窝,抓知了,下河洗澡、捉鱼。虽说对孩子有点宠,但不满5岁,母亲就把他送到外婆家读私塾了。因为太小,坐不住,喜欢搞小动作,经常挨先生打手心,没念几天就退学回家,由母亲教他识字。五岁半的时候,他在当地上了小学。父亲受聘离家到中学教书,则把刘大响带到自己教书的祁阳崇汉中学附小读书。1950年他考入崇汉中学上初中。在中学,刘大响是个活跃分子,他积极参加学校组织的社会活动,还男扮女伴跟着老师打腰鼓、扭秧歌,第一批参加了少先队,当上了中队长。初三时,被选为学生会的主席。1953年,考入祁东中学高一班的刘大响并入祁阳中学继续学习,其父也到这个学校教授生物。整个高中阶段,刘大响学习用功,成绩始终名列前茅。他喜爱体育活动,在排练的话剧里担任角色,还担任校学生会主席、班团支部书记。上中学的时候,刘大响对也是同乡的无产阶级革命家陶铸崇敬有加,对他的散文《松树的风格》更是爱不释手,这对刘大响确立正确的人生观,树立为人民的幸福献身一切的意识,产生了重要影响。
  解放初的祁阳还没有电,刘大响中学学习的大部分晚上时间是在蜡烛和汽灯下度过的。高中时他就立志将来为国家电气化献身,设想报考清华电机系。到了高三快毕业时,北航直接到基层高中挑选优秀毕业生,学校要求刘大响第一志愿一定要填报北航,在参加完统考后,经过严格政审,刘大响和另外5名同学被保送进入北京航空学院。与其他航空人不同的是,刘大响没有从小就立志“航空报国”,对于航空,他是“先结婚、后恋爱”,一旦确立了事业的方向,他便无怨无悔,一生都没有动摇过。
  他被分配到发动机系设计专业。在大学,刘大响仍然是班里的活跃分子,担任过负责班里生活的总干事和系里的文化部长。大三时他被分到新增设的绝密专业学冲压发动机,他感到这是领导对自己的信任,学习更加努力。1959年,经过两年多的考验,刘大响在班里第一批加入了中国共产党。在五年的本科学习中,他只回过一次家,因为家里生活比较困难,他一直享受学校的甲等助学金。
  在北航,刘大响还参加过由著名航空发动机专家、教授宁棍领衔的“北航四号”的研制团队,1960年本科毕业,又留校在宁棍指导下读研究生。可惜的是,中途患上了严重的胃溃疡,加之三年自然灾害,经停课治疗仍不见好转,不得不中断学业,提前离校走上工作岗位。
  在熔炉里淬炼
  为了使学到的东西有用武之地,刘大响婉拒了国防科委和国防部六院留他在机关工作的安排,主动提出到科研一线搞技术工作。1962年3月,他到国防部六院沈阳航空发动机研究所(606所)报到。到所不久,著名航空发动机专家、时任技术副所长吴大观了解到刘大响因患有严重胃溃疡难以坚持繁重的研究生学习而退学的实际情况,很快让医务室安排他到大连疗养院进行了将近一个月的疗养,使身体慢慢恢复了正常。
  刘大响被分配到总体研究室。当时正逢研究所初建,条件艰苦,吃的是高梁米、玉米面,大部分人员都暂居在410厂-宿舍区,办公地点是410厂的一间厂房,办公用的是食堂借来的桌椅板凳,二三人坐一条凳子,新同志来没地方,就在两桌之间搭一块图板当办公桌。航空发动机所搞的主要是涡轮喷气发动机,刘大响在学校学的是冲压发动机,虽然也听过这方面的课,但很不系统。刚到室里他的主要任务是帮助老同志做一些具体计算工作,空余时间就刻苦自学《空气喷气发动机原理》,每天都要学到很晚,整理了两大本学习笔记。在摸透米格-21飞机装的Pд-11 ф-300发动机过程中,他从原理开始,一章一章地学,由于经常熬夜,许多时候都是领导硬把大家赶回去才休息。就这样,在严谨踏实的工作作风熏陶下,靠着刻苦勤奋,刘大响在航空发动机领域学习、摸透、消化、吸收,为今后的前进和创新打下了牢固的技术知识基础。
  在摸透米格-21的基础上,为研制歼8飞机的动力装置,所里成立第七设计室,负责815甲发动机的设计研制工作。刘大响担任了总体性能组组长。要使815甲发动机适应歼8的动力需求,就要对原815发动机作两项重大改进。一是将涡轮前燃气温度由1188开,提高到1288开;二是要改进加力燃烧室。将燃气温度提高100°,超过了材料允许的温度值,需要将实心涡轮叶片改为空气冷却的叶片。气冷空心涡轮叶片是国际上的尖端技术,国内从未搞过,国外对中国实行严密的技术封锁,成为全部改进中的关键。是师昌绪和荣科两位材料专家挂帅攻关,才啃下了这块硬骨头。加力燃烧室改进,主要解决喷油不稳导致的加力推力脉动问题,经过采用分圈分压直流式喷油杆,逼高喷油前压力,解决了喷油不稳的问题。
  815甲发动机首次开车试验由刘大响任现场指挥。发动机第一次采用气冷空心涡轮叶片,涡轮前温度提高了100°,涡轮机匣和尾喷管全烧红了,存在很大风险。由于准备充分,刘大响带领他的试车团队稳定操纵,冷静处置,使试车取得一次成功。后来815甲发动机不但用于歼8飞机,也用在了歼7上,取得了一发两用的成功。   1970年,为了适应航空工业的发展和备战的需要,三机部在四川江油成立六院11所(即后来的624所、中国燃气涡轮研究院),建设喷气发动机的技术后方和试验研究基地。刘大响所在606所第七研究室全建制分迁到四川。这时的刘大响已有了一个三个孩子的家庭,去的是川西北崇山峻岭的山沟,爱人还面临丢掉所学专业的选择。许多人都犹豫了,但刘大响服从组织决定举家搬迁。新迁所址被分散在一线五点23公里的山沟沟里,他的家和办公室都在一栋“干打垒”楼房里,上层办公、下层住宿,四周都是高山:遇到下雨,外面下大雨,屋里下小雨,需要用塑料桶和盆接雨:厕所离家有200多米,每天都要从三楼跑下去上厕所,遇上人多“坑”少,只能在野外“方便”,有时山风扑面,满脸会被喷上带尿的水珠。
  参加“三线建设”的人流行着一句话,叫“献了青春献终身,献了终身献子孙”,而624所的人在后面又加了一句,叫做“子孙没人要”。因为山沟里教育质量难有保障,恢复高考后,所办中学几年高考全剃“光头”,就业成了最突出的问题,自谋职业往往无路可寻。
  在最初的三年时间里,刘大响在这样的艰苦环境中担任某型号发动机研制的总体性能组副组长,后来该项目因形势变化中途下马,原606所七室70多名科研人员又奉命返回沈阳工作,刘大响则被留了下来。
  独立自主建成了高空模拟试车台
  高空台,是在地面上模拟飞机各种飞行状态和环境条件,对发动机进行试验的大型地面试验设备群。其技术复杂、难度很高、规模巨大,20世纪60年代以后,发达国家研制的各种先进军民用航空发动机,无一例外都是从高空台“飞”上蓝天的,被列为国家重点高科技研制项目。1973年606所部分科研人员因任务调整返回沈阳,刘大响却被留下来搞高空台。
  1974~1976年,刘大响被任命为高空台设计室技术副主任,带队到北京云岗借用五院31所的CS-01高空台(暂冲式的,624所建的是连续式的),对815甲和815乙两型发动机做高空台定型试验,初步摸索出发动机高空模拟试验的一些经验。
  70年代中后期,为了改变我国航空发动机技术落后的状况,国家决定引进英国罗·罗公司斯贝发动机制造专利进行生产。经过三年多努力,第一台斯贝发动机装配完成并经过了中英双方150小时持久试车考核,按合同规定发动机还要送到英国进行高空模拟试验考核。组织决定由负责装配斯贝的430厂技术副厂长吴大观带队完成赴英试验。吴大观站在国家利益的大局上,决定从430厂拿出6个名额给624所,让他们一起随队到英国参加高空台考核试验,为下一步建设我国自己的高空台准备条件。刘大响由此参加了赴英考核团队并被吴大观指定为高空台考核试验小组组长。
  半年多的斯贝高空台考核试验总体上很顺利,但一些关键技术问题的解决使刘大响锻炼了才干,提高了水平。比如在高空台的燃油耗油率具体修正方法的掌握上,英方认为合同中没有规定,只提供最终修正结果,不太愿意提供具体修正方法。中方经反复交涉,争取到与英方性能工程师研讨的机会。但英方按照他们常用的方法进行修正,耗油率仍然超标,一时感到不大好办。刘大响等认为,地面台试验中本身也有误差,这种误差必然带进高空台试验。由此他们推导出一个修正公式,经向英方专家介绍,他们觉得可以一试。用双方同意的新方法对试验测量参数进行修正后,斯贝发动机高空台五个性能考核点的试验结果都达到了合同规定指标要求。英方对我们的合理建议给予了高度评价。
  在英期间,吴大观语重心长地对刘大响说“大响,为什么叫你们624所来这么多人呢?第一是要保证把试验做好。但还有第二个目标,就是试验回去之后,你们要把我国自己的高空台建设好,调试好。”刘大响听后深感责任重大。在试验过程中,他把6个人按不同专业和特长做了分工,各有侧重,白天做试验,晚上回来交流、对笔记,并确定第二天需要重点了解和掌握的问题。通过这次难得的机遇,他们对英国高空台设备、系统和试验方法,做了透彻的了解把握。一天,刘大响对吴大观说:“我们想把他们这个台的一些主要设备给画下来。”吴问:“怎么画?”刘说:“我们每天测几个参数记到小本上,然后晚上回来就画图。”吴点点头说:“好,你们有什么要求?”“唯一的要求就是给我们每人买一个小卷尺。”刘大响伸出一个指头微笑着说。这样刘大响和同事们按照分工每天量几个尺寸,善画图的王青生按照尺寸画图,有些还画了立体轴测图,吴大观看后大加赞赏。回国后这些图和资料成了建设我国高空台的重要参考。
  刘大响等6人小组完成高空台考核试验后,1980年6月回国很快投入自己的高空台建设。但不久碰上了1981年国民经济调整,高空台被列为缓建项目。没有高空台,国家独立自主研制航空发动机就是一句空话。刘大响暗下决心:“一定要把“争气台”尽快搞上去。”施工单位撤走了,但一期工程主体设备都已安装好了,只是有些管路没有完成清洗。他一方面带领大家自己动手完成设备和系统的安装收尾与管道清洗,另一方面起草“尽快恢复高空台重点工程建议书”,促进上级提前恢复工程建设。在624所上上下下齐心努力下,硬是把高空台缓建的三年变成了热火朝天搞研究和调试的三年,把在英国学到的先进技术应用到中国高空台上。1986年刘大响被任命为所总工程师,在他的主持下,利用调试成功的高空台完成了“涡喷13A||发动机进口流场畸变模拟鉴定试验”,不但为歼8 ||飞机定型做出贡献,而且使高空台一期提前8年投入使用,为二期工程建设赢得了宝贵时间。
  为了适时掌握庞大设备和发动机运行变化参数,数据自动采集、监控和处理系统是高空台必不可少的重要设备。624所与美国公司签订了成套引进高空台数据采集处理系统的合同。但“六四”风波后由于美国政府无理制裁,合同单方终止,引进已不可能。刘大响经过深思熟虑后,提出“总体自主设计,硬件分散引进,软件自行编制,现场联合调试”的应对方案。1992年刘大响亲自率队赴美考察谈判,将原来的“交钥匙工程”的大合同分拆为几个小合同,大部分先进仪器、设备和部件仍然从美国引进,最后自主研制成功了一套当时我国最高水平的高空台数据采集、处理和监控系统,其规模和功能超过了原来的“交钥匙工程”,为国家节约了25万~30万美元的外汇。   高空台建成后,为了保证其试验数据的客观公正生,按国际惯例一般要做对比标定,即用一台发动机分别在两个高空台上的若干模拟状态下进行对比试验,以确定其精确性能。在1980年赴英考核试验中,吴大观曾就此与英谈判,英方报价要200万,我们难以承受。苏联对中国开放后,经过双方多轮谈判,最终于1995年与俄罗斯中央航空发动机研究院共同用PⅡ-11ф300发动机进行了高空台对比标定试验,两个台上发动机修正后的主要性能参数相对误差优于美、英、法三国高空舱之间对比标定的精度,使我国成为继美、俄、英、法之后世界上第五个拥有高空模拟试车台的国家。高空台1995年通过国家验收,1996年被评为“九五全国十大科技成就奖”,1997年荣获国家科技进步特等奖。投入使用后,它至今已完成包括“太行”、“昆仑”在内的30多个机型,80多个台份发动机的科研、调试、考核、鉴定、定型试验,为我国航空发动机发展做出了突出贡献。
  高性能发动机研究取得成就
  高推重比发动机预研,是我国第一次按系统工程管理的大型航空动力研究工程项目。我国发动机研制长期处于“引进、测绘、仿制”的怪圈之中徘徊不前,要走创新发展之路,就必须从基础研究做起,一步一个脚印向前推进。1986年刘大响担任总工程师,开始主持高推重比发动机研制。
  但高推预研有点生不逢时,立项不久,就碰上国民经济调整,624所的高空台“缓建”,高推预研经费也大幅缩减。为此不得不调整研究目标和内容:一是缩短战线,以突出压气机、涡轮、燃烧室三大高压核心部件为主:二是三大高压部件也作了调整,将高压压气机7级减为前4级,短环形燃烧室从气动雾化喷嘴改为蒸发管,将气冷空心全尺寸试验件,改为0.8缩尺寸模型性能涡轮试验件,年度经费锐减至只剩五六百万元,其中约一半为外协费。预研工作能否继续下去?刘大响深感责任重大。经过集思广益,逐步形成“在高推预研基础上开展三大高压部件和中等推力核心机”的设想和建议。经过向上级汇报和据理力争,上级决定恢复压气机等主要技术关键项目的研制,为在高推预研成果基础上开展中推核心机研制争取到了机遇。
  在中推项目的7级压气机试验中,由于振动,大多遭遇失败。关键时刻,刘大响经过分析认为,振动值大的原因很可能是转子处于临界转速。形成判断后,他决定采取快推油门使转子快速通过临界点,使振动减下来的方案,最终取得了试验成功,并完成了三大部件的研制试验。三大高压部件的研制成功,使我国首台自行研制的航空发动机三大部件技术指标达到同类发动机世界先进水平,坚定了航空动力界自主研制先进航空发动机的信心。在中推核心机高空台试验时,刘大响担任了第一线指挥兼总工程师。这是国内第一次进行高空台试验,涡轮温度高达1650开,具有很大技术难度。在反复试验并解决了存在的技术难题后,取得核心机试验成功。从高推预研到推重比8一级中等推力核心机完成,只用了四年多时间,该项目被评为国家科技进步二等奖。
  此后,刘大响主持开展了四代发动机的论证,任项目负责人。设计方案确定并通过上级专家组评审后,共开题150余个。在我国工业和科技基础相对薄弱,材料、工艺、试验设备、试验基础等都存在较大差距情况下,这项研究任务的完成困难很大。刘大响抓住难得的历史机遇积极推进对俄科技合作,在他主持下搞了咨询方案,请俄方对设计方案进行再次计算,对计算结果中存在的问题进行磋商,最后请俄方对总体方案进行评审。通过这种“比较-接近-再比较-再接近”的方式,不但得到了我们需要的方案,而且学习和掌握了俄方的先进技术,提高了我国航空发动机的自主研制水平和能力。“十五”之初,高推重比发动机预研进入核心机研制阶段。1997年,他荣获香港“何良何利奖”的科学与技术进步奖,2002年,被俄罗斯授予俄罗斯科学院荣誉博士学位,成为我国自然科学界获此殊荣的第一人。
  2000年,在四川深山工作三十年的刘大响,从四川调到北京,担任中航工业科技委副主任,不久担任北航航空发动机数值仿真研究中心主任。数值仿真是继理论分析和实物试验研究之外第三种航空发动机设计和分析工具,美欧俄等航空大国都在积极推进系统数值仿真计划,通过高可靠性、多学科的综合计算机仿真,达到对发动机系统高度的分析能力,提高发动机设计质量,降低研制成本。我国目前仍处于落后的“传统设计”的初级阶段,航空发动机要实现“跨越式”发展,开发和采用现代先进的数值仿真技术刻不容缓。从刘大响担任数值仿真研究中心主任后,仿真中心日常工作逐步走上快速发展轨道,经过几年研究工作,除完成大量基础课题研究之外,完成了拥有自主知识产权、精度较高的航空发动机数值仿真系统第一版本的开发工作,并招收和培养了硕士、博士研究人员40余人,为实现我国航空发动机研制向“预测设计”的转变奠定了技术基础。
  最美不过夕阳红
  刘大响1995年当选为中国工程院院士,2003年当选为第十届全国人大代表和常务委员,这使他广泛接触到中央领导机关和更多领域,从而开展了更多工作,发挥出更大作用。
  在任第十届全国人大常委期间,刘大响就大飞机工程问题,先后提交三个建议和一个议案,约有几十位人大代表或常委参与了共同署名。作为论证委员会成员之一,他还多次参加国家组织的大型飞机方案论证工作,就大型飞机及其发动机研制方案提出了许多有价值的意见和建议。在他和许多行业内外专家学者、领导和群众努力下,国务院于2007年2月批准大型飞机研制重大专项正式立项,2008年5月,作为大型客机项目实施主体的中国商飞公司在上海成立,全面开始了C919飞机的研制工作,全国人民期待的这件大事有了很好的结果。
  在大飞机方案论证过程中,根据我国航空发动机行业的具体情况,刘大响提出了发展大涵道比涡扇发动机的总体思路建议,得到大飞机方案论证委员会专家和有关领导的支持。在技术验证计划中,结合设计体系的建立和验证,他提前安排了大涵道比涡扇发动机的技术研究工作,为后来国家立项研制型号起了关键性作用。他组织9位院士和9位专家成立了R0110重型燃机技术顾问组,为该项国家863重大专项工程排忧解难、保驾护航,对该机研制工作起到重要促进作用。
  除了航空工业问题外,他对有关国计民生的一些重大事项,也热情关注、积极参与。汶川大地震后,作为课题组负责人,刘大响牵头组织有关院士、专家积极开展发展航空应急救援能力的咨询研究,和27名院士共同署名向中央提出建立我国航空应急救援服务体系的建议,并呼吁逐步开放低空空域、大力发展通用航空。对此,胡锦涛、温家宝、习近平、李克强等中央领导亲自作出重要批示,得到国家有关部委的重视和采纳。
  2006年,刘大响收到基层40多位退休职工的来信,反映中央所属国有军工企业退休职工的退休养老金过低问题。他认为这是当前普遍存在的一个问题,与人民群众切身利益密切相关。于是以个人名义给王兆国副委员长写了一封信,建议国家给予解决。中央领导对此问题十分重视,做出重要批示,有关部门及时进行了研究处理,经国务院批准,劳、财两部下发了调整企业退休人员基本养老金的通知,从2005年起连续三年提高基本养老金,后来从“三年连调”又发展到从2005年到2010年“六次连调”,让全国几千万企业退休老职工享受到改革开放的成果。
  此外,根据有关方面的反映和自己的认真思考,刘大响还提出了很多有价值的建议。如建议将福建海西经济区提升为国家战略经济区:建议国家鼓励发展小排量汽车:建议高度重视跨国公司并购我国龙头企业问题:呼吁充分发挥三线军工企业的作用:积极参与京沪高速铁路的调研和论证:推进建设院士专家工作站的建议和实践等,这些建议都得到国家的重视和采纳,发挥了很好的作用。
  总之,刘大响的晚年璀璨夺目,充满异彩,他的余热和能量得到了充分发挥和施展,看到为之奋斗了大半辈子的祖国航空发动机事业正蓬勃发展,他浑身像上满弦的发条,希望自己能再年轻一点,能在一线继续工作下去。但是他清醒地懂得,我国航空发动机的未来是属于年轻人的,他把工作的更大重心放到了对年轻人的培养上。在他和许多老一代专家的培养下,我国新一代航空发动机的技术骨干已茁壮成长起来,他们在更为广阔的舞台上,正在施展自己的聪明才智,演出一幕幕更加灿烂辉煌、更加威武雄壮的戏剧。献身航空动力的一代又一代中国航空人,一定会抢抓机遇,迎接挑战,不辱使命,为我国航空动力跻身世界航空动力强国之林做出更辉煌的贡献。
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