阅读新闻

中国激波风洞的建设

[日期:2007-09-07] 来源:舒明武创意网  作者:舒明武创意网 [字体: ]

一、
    衡量一个国家的国防实力,拥有战略性武器的多少以及先进程度是首要条件之 一。第二次世界大战结束后的1946年,战胜国美国在得知德国在战争后期已经着手 研制可打到美国的导弹后,做了深刻的反省,意识到在大型导弹的研制方面已经远 远落后。美国人勇敢地承认:“在德国人面前我们既无知而又毫无准备的状况是令 人羞愧的。我们在喷气发动机火箭发动机和后掠翼的研制方面不仅疏忽大意,而且
在大型导弹的研制方面也被德国人打败了。” 
    美国人承认这一事实,却不能忍受这一事实。于是美国把作为战利品所得到的 德国V-2大型导弹用作发展自己导弹技术的敲门砖,以军方为主,联合政府航空研 究机构以及大学的实验室,成立专门的研究机构,对V-2大型导弹进行解剖研究, 了解并掌握了诸如空气动力学、制导和结构等方面的导弹设计原理,很快就造出一 批复制品,不久又制造出一批改进型的导弹。 
    同V-2大型导弹一样作为战利品来到美国的,还有一大批德国的空气动力学家、 导弹科学家和用于研究大型导弹的空气动力学研究试验设备。这些“战利品”所带 来的成果是巨大的;1946年,美国空军已经获得了可飞越海洋,射程在5000英里, 速度为马赫数20,高度为500英里的大型导弹的研制能力。这种“大型导弹”冠有不 同的术语,被称为“远程导弹”、“洲际导弹”或“战略导弹”。显然,从战争的 角度而言,“战略”一词更接近事物的本质。 
    这种战略武器的发展,在美国引起一场前所未有的航空学的革命。这种战略导 弹所面临的问题如此之多,如此复杂都是空前的,也使科学家们感到了前所未有的 振奋人心。对于这种导弹的研究不再是过去那种“仅有的”政府航空研究机构了, 政府的其它实验室,大学和工业研究机构,甚至私营研究机构纷纷加入进来,全力 以赴,大学新设了和这种导弹有关的许多课程,空气动力学、物理学、材料科学,
电子科学等等,以研制这种导弹为契机得到了突飞猛进的发展。国家的投资也是空 前的,由于原子弹在战争中的使用,使每一个美国人对科学在国防上的重要性都留 下了深刻的印象,因此对于研制能够掌握未来命运的“战略导弹”,美国不惜耗费巨额资金。 
    这一时期,被美国人称为:“导弹时代”,他们宣称:“我们已经进入了一个 当敌人尚未插足国境就能迫使一个强大民族屈服的时代;已经进入一个一枚炸弹可 使一座大城市变成废墟的时代,这种炸弹我们可用高速远程飞行器投放出去!” 
    美国人坚信:不再会有珍珠港事件; 用飞机投掷原子弹也已成为美国的历史,美国的飞行员已没有为此而冒险的必 要了! 
    同一时期,前苏联也迎来了自己的“导弹时代”。同美国一样,苏联也从战败 国德国人那里获益非浅。 
    20年后的1967年,在中国,承担着中、远程战略导弹卫星等飞行器空气动力研 究的超高速空气动力研究所,在几经周折之后,来到四川绵阳,于1968年归属于新成立的中国空气动力研究中心。 
    发展战略性武器,首先必须解决飞行器在超高速飞行中的气动力、气动热和物 理现象的理论和技术问题,研究和解决这一复杂的问题,则首先需要有多种特种风 洞设备来完成,诸如:用于进行远程导弹、卫星等高超音速飞行器常规气动力试验的激波风洞、用于高速飞行器再入过程中气动热环境模拟的电弧风洞、用于高马赫数、高雷诺数气动力试验,再入现象实验研究的自由飞弹导靶,以及激波管、高空羽流模拟装置等等。这些非常规的特种风洞,从设计、制造到进行实验,对于正式成立不久的“超高速气动所”满怀雄心壮志的那些年轻人来说,完全是一个崭新的课题,是一个陌生的新的领域。大多数人还想象不出这些需要他们去建造和将来供他们进行研究试验的。特种设备”应该是一个什么样子。这些风洞的名称对他们还是那样新鲜,甚至有人才刚刚听说过。他们所知道的,只是中国的战略武器、中国的卫星……在迫切地等待着。 
    如果从这时算起,中国的超高速空气动力研究,比美国和前苏联有20年的时间差距。也可以说我国的战略武器研制也大约晚了有20年。当然,这不包括50年代末和60年代初期那段短暂而心酸的“仿制”历史。在“仿制”的过程中毫无疑问获得了经验和知识,但后来却得到了斧底抽薪般的沉重打击,获得的教训远比经验和知识更为重要。要有自己的战略武器、自己的卫星……最终还得靠自己。很难想象,如果我们“仿制”的历史再长一些,依赖的时间再多拖几年,今天又会是一副什么样的情景呢?

二、 
    直径2米的激波风洞,是超高速气动所、也是气动基地的重要设备之一。如前所述,它的主要用途是进行远程导弹、卫星和宇宙飞船等高超音速飞行器的常规气动试验。这座重要设备从开始的论证到基本建成,到后来的改造,历时整整20年。而这20年,它的建设者们始终处于艰苦的奋斗状态,并没有丝毫的松懈。之所以用了这么长时间,最根本的原因就是问题太多、太复杂。这也是所有超高速特种设备的一个共同问题。 
    而实际上,这20年还不包括之前长达4年之久的包括2米激波在内的整个超高音速设备的酝酿、规划和前期论证时间。1962年初,钱学森、庄逢甘等专家提出了要探索我国发展高超音速实验设备的技术途径的任务,并着手进行全面规划。李颂辉是最早接受这一任务的技术人员之一。他的“家底”或者说起点只是一本书。书是庄逢甘借给他的。那本书是美国在1960年出版的一本关于超高音速试验方面的论文集。庄逢甘给他的具体任务是,从那本论文集里了解超高音速设备,了解国外在超高音速研究实验中的一些最新动态,并进行比较分析,以便为我国的超高音速设备的规划提供依据。 
    那段日子,令李颂辉终身难忘。许多文章是在庄逢甘的指导下阅读的,并亲自给他介绍一些背景情况。他不仅了解了超高音速在理论、技术上的复杂和深奥,而且也了解了我国在发展超高音速设备上所面临的巨大困难。庄逢甘经常带给他钱学森、郭永怀等专家领导对发展超高音速设备的一些指示。在考虑我国超高设备的总体规划时,钱学森指出:“国外在超高音速实验设备上搞了许多花样,他们有钱,搞得起,我们国家‘一穷二白’不能像他们那样搞法,我们只能搞一二种,这就要好好调研论证,在调研的基础上‘押宝’”。这就是说规划并不能完全按照实际需要来制定,必须在国家“一穷二白”这样的前提下去选择“一二种”。要说对世界先进水平、尤其是对美国的了解,没有谁比钱学森更了解了,以他的学识和气魄,以他对未来航空航天的宏伟抱负,他心中的规划一定也是无比的宏伟!没有谁比他更渴望赶上甚至超越美国,以他超人的学识,他有这个自信、有这个能力!可面对“一穷二白”的祖国,他不得不忍痛割爱,不得不精打细算,不得不在众多急需的设备中去“押宝”!寻找一条既经济又有效的发展我国超高设备的道路。 
    就是在这样的背景下,李颂辉开始了早期的探索论证工作。在此之前,他对超高音速方面的知识毫无接触,他只能从阅读研究庄逢甘老师给他的那本美国的论文集开始“顺藤摸瓜”,逐步开展调查研究,重点分析比较各类超高设备的优劣。1962年10月17日,李颂辉写出了第一篇调研论证报告。从个人的认识出发,在众多的各类超高音速设备中,‘李颂辉把“宝”首先“押”在激波风洞上。并提出了若于建设激波风洞的意见。 
    1962年11月12日,庄逢甘在审阅报告后做了重要批示,并要求继续论证,以便在更广的范围进行讨论。1963年初,何宝培、陈则霖等人和李颂辉一起,经过再次比较分析调研论证之后,于当年10月完成了第二份书面报告。基本结论是认为激波风洞模拟能力强,投资少,试验成本低,特别是在模拟超高速飞行条件中具有不可替代的优越性。 
    这期间,李颂辉和许多人争论、吵架,尤其是到1966年之后,再争论时甚至上升到路线、方向问题上去。其实谁心里都清楚,这是纯粹的学术和技术争鸣,只不过谁也说服不了谁。钱就那么一点,该建的设备实在太多了。李颂辉论证的结果,赞成搞激波风洞。其他人在论证其它设备,自然对自己论证的设备也是情有独钟。说是偏见,倒不如说是偏爱,是出自渴望祖国空气动力事业腾飞的一颗拳拳之心。于是,为了说服对方,为了建造自己心爱的设备,这些熟悉业务的知识分子不得不求助于他们不熟悉的政治,可见其良苦用心。一位当年参与争论的老同志感叹说: 
    “因为一个穷字,我们吵了多少冤枉架啊!” 
    1966年6月,何宝培终于迈出了实质性的第一步,提出了建设激波风洞的初步意见,于1967年1月又提出了具体的《激波风洞工艺说明》。1968年7月,超高速设备的发展规划得到国防科委批准,激波风洞榜上有名。发展的方向也指明了,钱学森指出:“要设计大的超高速风洞……”很快激波风洞工程组成立起来,经过几个月的日夜拼搏,在1969年4月,以王培和为主的工程组拿出了具体的方案论证报告。
至此,2米激波风洞这座后来为我国的战略武器、卫星等飞行器做出了巨大贡献的重要设备,终于获得了一张“准生证”。 
    为了争取时间,在设计方案还没被审批之前,设计组数名同志奔赴全国各地进行调研,到工厂征求意见,着手进行技术设计。不到半年,于1969年9月,已完成大部分洞体部件的技术方案设计。方案刚送到上面,又产生了新的认识,不等批示下来,一个新的设计方案又完成了。而争论仍在进行。由于相对常规风洞来说,激波 风洞还不成熟,在国内实践更少,国外也出现了激波风洞不可靠的观点,尤其是在已经开始的设计中,遇到许多困难,因此,仍有相当一部分人主张停建2米激波风洞,把这部分投资用来发展其它设备。争论可以,但时间却不允许再拖了,深入到型号单位进行调查的同志带回各种信息:导弹、卫星等十多个型号遇到许多超高速方面的气动问题,急待试验来加以解决。 
    2米激波风洞从1966年6月到1970年6月,经过4年的调研论证、反复的研究讨论,最后仍是带着怀疑、带着不同的争论意见,带着许多有待研究的问题,最终确定了设计方案和设计条件而开始进行全面设计。 
    从1961年开始的对激波风洞的酝酿和前期论证,和2米激波风洞也许没有直接关系,但毫无疑问对促成2米激波风洞的上马却起到了很大的作用。如果把这段时间也算在内,2米激波风洞正式设计之前用去了整整十年!可以说是慎之又慎!对这样一座重要设备,慎重是必要的,但在慎重之余却也留下了许多值得思考的问题。恐怕不仅仅是因为一个穷字。时间长,不是气动人的问题,他们无能为力,他们的热情从未消退过,在长达十年之久的时间里他们的热情与日俱增,从二线呼喊到三线要把激波风洞建起来,穿军装时在喊,脱掉军装,他们还在边流泪边喊,许多人从青年喊到中年。十年弹指一挥间,但对战略武器、对航天事业、对他们有限的生命却是残酷而漫长的。 
    与此形成鲜明对照的是,最终确定建设之后,2米激波风洞仅用一年左右的时间就完成了主要部件的施工设计任务,速度之快甚至超过了当时一些有成熟经验的常规风洞的设计。说起来让人难以相信,当时承担各系统设计的许多人还不具备超高音速空气动力学方面的专门知识,对超高设备更无经验。 
    一份早期的美国航空杂志有过这样的记载:1946年,由于研究火箭发动机和远程导弹的需要,由于研究人员普遍缺乏高超音速空气动力学方面的知识,政府和研究机构都认识到培训从事新学科工作人员的必要性,于是与大学达成协议,让教师在晚上讲授一些超高音速方面的、使进修人员能够达到毕业水平学分的课程。由于多数大学的教授没有准备讲授这些新问题,因此,只好从研究机构的工作人员中挑 选为数极少的几位合格的人选来担任教师。甚至请德国人来担任教师。对于在研究机构服役的军人,有美国政府发布的军人权力法案,为他们提供在大学学习该课程的机会。而另一些研究人员则在晚上或脱产回到母校以及其它大学学习,以便在重返研究单位任职之前取得毕业学位。于是,在战后的几年时间里,美国空气动力学研究人员的很大精力放在自我提高和获得新知识方面…… 
    60年代,尽管超高音速空气动力学在世界范围内有了很大的发展,但对当时我整个空气动力学研究实验这支年轻的队伍来说,与40年代美国研究人员缺乏超高音速知识的问题却是同样的。可他们没有当年美国研究人员那种优越的条件,不仅没有可能返回母校,重新学习,获得学位,而且他们中的许多人因为国家的紧迫需要,不得不提前半年、一年结束学业,作为骨干力量过早地投身于航空航天事业。他们有着自己获得新知识的特殊途径。 
    1970年初,2米激波风洞全面投入施工设计之后,让许多人大感意外,张金良于1969年底率先完成了真空箱设计,紧接着又争分夺秒,夜以继日地用10个月时间,分别完成了液压系统和真空系统的设计;王增和从1970年2月开始进行风洞气动性能计算及总体布置设计的同时,于5月完成了中压段设计,于6月又编写出风洞洞体设计的说明书;郑杰民用5个月时间,于1970年7月。先后完成了试验段和锥形喷管两个重要部件的设计;高压段的设计难度较大,由邢起祥肩此重任,于1971年7月完成设计。并在设计过程中,对所用材料进行大胆更改,采用独特的设计方法,在后来的加工中仅材料费就比原方案节省上百万元。 
    直到此时,人们才明白他们早已成竹在胸,早在几年前刚刚开始对激波风洞进行酝酿、论证、在更早的时候刚刚开始对整个“超高”试验设备进行规划时,他们就已悄悄起步,各自选准目标,以顽强的毅力开始了对超高音速空气动力学的艰苦摸索,凭着点点滴滴的外文资料,一麟半爪的有关国外超高设备的信息,完成了自身的提高,由不懂到懂,由外行而内行的过程。这一过程对每一个人或三年五年、 或十年八年不等。这一段埋头探索的过程,后来被他们称之为在深海里潜泳。那时候规划没有出来,如激波等超高速风洞设备还处于旷日持久的论证、争论之中,到底建与不建还是未知数。但他们深信总有一天要建的。那段时间,白天争论,晚上关起门各自搞起“副业”,都在默默地摸索,仿佛在进行一场不公开的竞赛,却又彼此心照不宣。即使在后来技术上的争论开始上升到政治,出现分歧的时候,大家对此也都讳莫如深,避而不谈,在内心深处,这远比政治对他们更为敏感,更为重要。许多人开始脱发,年纪轻轻就成了半秃顶、秃顶,局外人不能理解,以为是水土不服,以为是生活的困难所致,以为知识分子天生该是这样,他们彼此却很清楚,那是长达三年五年、十年八年中的一个又一个不眠之夜的顽强拼搏所留下的标记。 
    这是一个漫长的过程,是一个日积月累获得新知识的过程,到1970年,包括2米激波在内的大批超高音速风洞设备开始上马时,他们终于厚积而薄发,智慧的光芒喷薄而出。 
    假如到这时他们才开始去学习、探索,将会是一种什么情况呢? 
    在2米激波风洞主要部件开始施工设计的同时,常嘉钰、张玉萍、宋庆高、王福芝、栾长森、刘玉之等一批同志,毅然受命从北京来到四川,投入于该风洞辅助系统的设计工作,分别完成多项设计,在短期内结出累累硕果……

三、
    与高速度的施工设计形成鲜明对照的是漫长的加工周期。参与了2米激波风洞从设计、跟产、安装调试到型号试验以及后来一系列技术改造这一全过程的印奕国写过一篇回忆文章,这是一篇极有价值的历史资料。在叙述2米激波风洞的建设过程时,有三个章节的题目分别是: 
    ——高速度的施工设计; 
    ——漫长的加工周期; 
    ——一帆风顺的设备安装。 
    从简单的文字中我们可以读出印奕国至今难平的复杂心情;而从每个过程的具体时间可以看出这样一个事实:凡属气动人工作范围内的事情都是高速度和高质量, 另一方面则恰恰相反。 
    2米激波风洞的部件加工制造是70年代分别由上海、北京、沈阳、营口等多家工厂完成的。印奕国在他的回忆文章中有过这样一段叙述:“风洞主要部件的试制合同是在1970-1971年间先后与承制厂签订的。合同规定的交货期一般都很短,要求1971年3-4季度至1972年4季度交货(交货期都充分考虑了承制厂的加工能力),但实际上没有一件是按期交货的,只是延长期长短不一而已……” 
    最短的是几个月,最长的竟拖延达近6年之久,到1978年9月才最后交货。当年专承制厂签订的合同现在还存放在气动中心,白纸黑字和大红的印章散发出历史的气息,让人感到一种沉重的压抑。 
    印奕国等一大批设计人员在签订合同后便下厂跟产加工,“我们本来是以解决加工中的技术问题为主要任务,可实际上,大多数时间是在为生产进度奔波,上至部军工局领导,下至厂长、总工、车间主任及调度等,核心问题是要求解决加工进度,即使这样奔波也难以排上加工日程。当时人们的生产观念淡薄,生产计划完全失去控制,合同失去严肃性和约束性。后来,我们只好当起‘现场调度’,根据产品的工艺步骤,在上一步尚未结束时,就落实下一步工艺所需的机床。我们曾经度过了无数个不眠之夜,守候在下道工序的机床边据理力争安排我们的任务,为此和工厂及车间调度多次争辩。尽管我们费了九牛二虎之力,还是未能争取更多的时间,以致主要部件的加工周期竟然长达8年之久才完成交货……” 
    没有任何理由责备跟产加工的设计人员。他们成了地地道道的“两面人”,一张脸严肃地面对他们设计的图纸,另一张脸永远挂着小心翼翼甚至有些媚俗的微笑,讨好工厂里每一个能决定加工进度的人,为了加工进度能快哪怕几小时、几分钟,他们恨不能跪下来给人磕头当三孙子。他们从心里挤出微笑挂在脸上的时候,一定心酸得想哭!但印奕国的叙述还是带着几分自责。这决不是普通意义上的谦虚之类的套话!只要了解了他们为2米激波所付出的艰辛,了解了他们是怎样梦魂牵绕渴望风洞的早日建成,了解了这座超高速重大设备对我国战略武器、卫星等飞行器具有的特殊意义,就不难理解这种自责了,从这种自责里我们看到的是一代气动人崇高卓越的品质。 
    陆续加工完成的设备,一旦回到气动人手里,又再一次出现了奇迹,就像一辆在泥泞中颠簸的车突然驶在了高速公路上。 风洞的高、中压段及试验段等主体部件是在1977年7月才运抵四川交货的,3个 月后,所有部件及各系统均已高质量地安装完毕。一个月后,分别对各系统进行了液压强度试验,均满足了设计要求。同年12月20日完成交工验收,并于4天后的12月24日一次试炮成功,至此,2米激波风洞正式宣告建成。

四、
    1979年5月,经过紧张的调试之后,2米激波风洞迎来了首批型号试验任务,分别承担了“东风”系列导弹弹头天线窗测压、测热,大攻角测热、弹头烧蚀外形测热等一系列试验研究。在1981年完成的某型号多项试验中,第一次为型号设计部门提供了该系列型号再入问题中的一些重要数据。这在当时是难能可贵的,因为国内的其它超高音速地面试验设备在当时均不具备获得这种气动实验数据的可能。2米激波风洞一开始就显示出它的巨大潜能。 
    同时,2米激波风洞一开始就面临着巨大的挑战。2米激波风洞的原始设计思想形成于60年代末,着手设计则是在70年代初,那时,我国的战略武器和卫星等航天飞行器还处于初期的低水平发展阶段,试验设备的建造更多的是立足于当时的需要。进入80年代,我国先后发射成功远程运载火箭,潜艇水下发射运载火箭和同步卫星,这标志着我国的航天技术已接近世界先进水平。 
    我国的战略武器也逐步由第一代转向多头分导和机动弹头为核心的第二代战略武器研究,武器性能要求小型化、强突防、高精度和高可靠性,就给气动研究提出了大量的必须解决的课题。应用包括2米激波风洞在内的超高音速风洞设备,进行试验研究,是解决这些课题的重要手段之一。而对于当时刚刚落成的2米激波风洞来说,要承担和完成这些课题还无能为力。比如不能得到高马赫数下的高雷诺数状态的模拟条件;试验时间较短,对许多型号试验项目的测量时间显得不够;风洞气流品质较差,满足不了第二代战略武器中一些外形复杂的型号试验等等。尤其是风洞的数据记录系统十分落后,精度差、效率低。测试数据由于缺少必要的设备,只能实行人工判读,给出的试验数据的准确度,一般误差竟在10%以上。显然,2米激波风洞满足不了我国战略武器及航天事业发展的需要。这就是它从
落成之日就面临的巨大挑战。 
    挑战和机遇同在。 2米激波风洞的改造势在必行。 
    1980年,在室主任李颂辉的主持下,开始了风洞的改造和配套工作。许多部件的改造意味着对自己的否定。风洞刚开始运行,十多年的心血刚刚结出果实,否定自己是一件残酷的事情。带着一种复杂的心情,他们又开始了新的奋斗。 
    首先由印奕国对风洞的真空系统进行了改造,不仅大大提高了使用性能,而且将原试验前近一小时的抽空时间,提高到试验前仅需20分钟就能抽空到所需真空度。 
    经过几年的运行后,1985年,他们又一次对该系统进行了进一步改造;1980年初,王喜荣、印奕国、郑杰民、房登苗等同志,经过反复论证设计,对动段和被驱动段进行了大胆改造,使风洞有效试验时间明显增长,达到预期效果;王喜荣、刘青青分别设计了新的型面喷管,安装调试后,使风洞流场品质得到了根本改善; 
    2米激波风洞数据采集系统的改造,则走过了一段相当漫长的艰难过程。1972年至1977年之间,曾先后两次完成了当时情况下较为先进的数据采集系统的设计工作,结果令人失望,全国竟没有一家单位愿意承接这项复杂的任务。1978年之后,一次国外新技术新产品展览会,使他们大开眼界,在室主任李颂辉的主持下,经过充分酝酿,他们决心走国内研制与国外引进新产品相结合,组成具有自己特色的比较经济的新的采集系统的道路。经过艰苦努力,克服重重困难,设计方案合理,配有先进计算机设备的数据采集系统,终于在1984年10月正式投入使用,从而较好地满足了风洞数据采集、处理的要求,根本改变了风洞测试手段,处于国内同类设备数据采集系统的先进水平。 
    此外,其它许多项目也都以满足型号试验的需要为前提进行了必要的改造。时至今日,改造挖潜工作仍在进行。科学不断发展,这种改造也许永远没有尽头,由此看来,在未来的道路上他们还得一遍又一遍地对自己的心血、自己的成果不断进行否定,从某种意义上说,这是他们所具有的一种独特的牺牲奉献的形式。可以相信,在每一次挖潜、改造之后,2米激波风洞都将以新的面貌和更大的能力,为我国战略武器和航天技术的发展作出新的更大的贡献。

    (本文有所删节。)



阅读:
录入:admin

评论 】 【 推荐 】 【 打印
上一篇:王近山歼灭日本军官团
下一篇:历史上与我军竟与21个国家开打
相关新闻 军事与战争 
本文评论       全部评论
发表评论


点评: 字数
姓名:

  • 尊重网上道德,遵守中华人民共和国的各项有关法律法规
  • 承担一切因您的行为而直接或间接导致的民事或刑事法律责任
  • 本站管理人员有权保留或删除其管辖留言中的任意内容
  • 本站有权在网站内转载或引用您的评论
  • 参与本评论即表明您已经阅读并接受上述条款