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第10章 运7仿制

20世纪60年代中期,我国的飞机设计事业已开始由仿制走向自行设计,歼击机设计已初具规模,而大型飞机,特别是运输机还是一片空白。航空专家论证分析后认为,根据我国当时的研究设计水平和生产制造能力,运输机还得遵循从仿制到自行设计的道路,循序渐进。涡轮螺旋桨飞机安-24的经济性好,工艺技术先进,作为测绘仿制对象,技术起点高,可以促进我国航空工业的发展。

1966年初,国家批准第三机械工业部引进苏制图-124和安-24客机各两架,准备测绘仿制。同年4月,三机部正式决定:以603所技术力量为主体,测绘安-24飞机、试制国产运7飞机[注]。我有幸参加了这项有意义的工作。

注释:

1966年4月,三机部向603所、172厂正式下达了测绘试制国产运7飞机的任务,要求按照测绘仿制之路来组织设计。同年10月,三机部依据国务院领导的指示,同意研制总方案;10月,国务院国防工办正式下达了运7测绘设计试制任务,并命名为运输机7型——Y7。

研究制定总体方案

按照上级的指示精神,603所和172厂迅速成立了测绘仿制领导小组。1966年4月,样机到位,测绘工作旋即展开。

运7仿制不是要和安-24有所区别吗?研究总体方案的时候,徐舜寿就找了我和朱谨準两个人(朱谨準当时是总体组的组长),我们俩为主,还有其他人参与,对飞机的外形、起落架等进行修改,提出了总体方案。讨论方案的时候徐总亲自参加。

1966年7月,603所和172厂联合上报了研制总方案;10月,叶剑英副主席批示“拟同意,请总理审示”。10月11日,周恩来总理做出批复——“同意”。

运7测绘方案是按“外形应有所不同”的指示精神,对机翼的下反角、翼尖外形、尾翼的外形做一些不“伤筋动骨”的更改。在徐舜寿的主持下,我们多次就总体气动方案展开讨论,并安排了风洞试验。但这个方案后来被否定了,有关方面要求不做任何改动,完全“依葫芦画葫芦”地测绘仿制。为了摸透这一飞机,总体气动专业人员还进行了全套气动力计算及风洞试验,与资料值作对比分析,为运输机设计打下了基础。

开始的时候,我们的“办公室”就在飞机前面。设计人员拿着钢板尺、卡尺爬到飞机上,测量每一块蒙皮的厚度、长桁剖面尺寸、铆钉直径和边距等,并将其一一记录在本子上。然后到绘图桌上用传统绘图工具一点一线地画在图样上,不断反复测绘直到完成。

由于上级对时间的要求很紧,我们马上发图,发图开始的时候,我带领一帮人参加了结构强度方面的工作。我那时仍担任总师助理职务,主要负责强度计算以及结构图样的审签。

当时为了运7飞机座舱的地面观察窗设计,设计员来找我签字。运7飞机驾驶舱下面有一个大约几十厘米的地面观察窗,只能按一般的解析法计算,不能按现在的有限元来计算,剩余强度不够。当时算出来只有0.87,不满足大于1的一般要求,也没有办法算得很准确。如果用运7的蒙皮结构来算,剩余强度不够,所以,谁也不敢对此下结论。

他们问我怎么办,我说可以签字。因为我心里有数,第一,算不准,我们的材料跟别人都一样,飞机强度肯定没有问题;第二,我们现在的计算只是个粗略计算,将来能够进行科学的精细计算之后可以解决这个问题;第三,有一个退路,强度万一不够的话,在质量不变的情况下,把里面的铝套圈改成钢套圈,便可以解决问题。根据这三点我签了字,就这样发图了。

然而,运7飞机刚搞了没多久,史无前例的“文化大革命”开始了。我的导师徐舜寿被诬为“反动学术权威”,遭受了百般侮辱、折磨和批斗,不久含愤离开了人间。

我也被造反派诬为徐总的技术“黑干将”,备受摧残……而运7座舱设计签字这件事也给我带来了很大的麻烦,我差点因此进了监狱。

“解放”(即解除劳动改造)后我又回到强度室工作。正好运7准备做疲劳试验,正在对水槽试验进行论证。大家都没做过这样的工作,资料又无处可找,如何进行试验、加载、检查的任务就交给了我。在看书、看资料、请教教授、讨论商量之后,我拿出了一个试验大纲,这是我国第一份飞机疲劳试验大纲。

603所原所长任长松:

整个运7的方案是由徐舜寿和陈一坚等人一起确定的,后来还到部里汇报运7怎么测绘、怎么设计。但“文化大革命”刚开始的1967年,他们就“靠边站”了。后来又搞了个“抓特务”,说徐舜寿是特务,陈一坚等一批人都被牵扯了进去。陈一坚被“关”了一段时间,后来又回到强度室,负责运7疲劳方面的工作。运7作为603所第一个成功的型号,陈一坚做了很多工作。

主持疲劳试验

1952年,国外曾发生过一次飞行事故:英国一架非常先进的飞机——“彗星”号客机在地中海上空飞行时突然爆炸。调查结果显示:爆炸既非人为破坏,也不是操作不当,而是突然的疲劳断裂所致。这起事故的原因引起国际航空界的高度重视。徐舜寿也因此开始思考中国飞机设计中如何应对疲劳断裂的问题。他曾郑重地对我说:“你要多看看国外疲劳断裂方面的资料,平时要多考虑我们的飞机如何解决疲劳破坏问题。”

其实,疲劳是一个比较老的学科,很早就有了,从机件到火车轮子一直到飞行器都出现过疲劳问题,所不同的是,飞行器比地面物体的问题更大。因为飞机的剩余强度很小,只有1.5倍。地面上从火车到房屋建筑的剩余强度可以达到一二十倍,它们的疲劳问题被剩余强度掩盖了。

由于飞机的安全系数非常低,疲劳问题很快就暴露出来了,这种暴露是致命性的,会引起增压舱爆炸。当时,飞机疲劳在国内几乎还是一片空白,学校也没开这方面的学科和课程。学习中发现还有断裂力学,这是在疲劳基础上的又一发展。

早在20世纪20年代,一般固体力学有个基本假设——材料是匀质的,实际上金属材料是非匀质的。而断裂力学就是在这个基础上发展起来,成为独立的力学分支的。从20世纪初格里菲斯的脆性材料,到60年代欧文的一般金属材料,一整套断裂力学的系统理论建立起来了,它可以解决飞机长时间使用的疲劳寿命、结构损伤性、耐久性和疲劳环境等问题。

“文化大革命”开始后,尽管身处逆境,我仍然坚持研究飞机的疲劳断裂问题,依靠自学,学习了疲劳力学和断裂力学,并开始研究运7飞机的全机疲劳试验,编写了我国第一份飞机疲劳试验大纲,也就是运7飞机疲劳试验大纲;还编写了运7飞机疲劳试验疲劳载荷谱,结束了我国在飞机研制中完全参考外国通用疲劳载荷谱的历史,填补了国内该领域的空白,为我国飞机研制的疲劳设计、疲劳试验奠定了基础。此后,我又和中科院力学所的伍义生同志一起,出版了《微观断裂力学》一书。

1976年6月,“运7疲劳试验大纲”经讨论批准后,623所筹建了一个能容纳整个机身的水槽。水槽疲劳试验在我国还是第一次,水槽1980年11月建成,我们将一批第五架疲劳试验的机身放在水槽里试验。原计划三年时间完成12万次飞行循环,确定使用寿命3万飞行小时,但当试验进行到52147次循环时,一声巨响,机身沿10框开裂并延伸到17框,机身断裂,试验中止。

经专业人员分析认为:是试验操作程序不当,导致一次性静力破坏。根据现有循环试验折算,飞机寿命至少可达13000次飞行,按目前国内航线上安-24飞机的日使用率估算,运7飞机可安全飞行十年以上。

运7飞机是603所组建后的第一个产品。由于是测绘设计,只走了大半个设计过程。通过运7测绘设计,这支队伍加深了从飞机到图样,从图样到制造,再到产品生产整个飞机研制流程的认识。1981年,三机部授予603所运7飞机测绘设计一等奖。

1982年7月,国务院、中央军委常规军工产品定型委员会批准运7飞机设计定型。11月,航空工业部在阎良隆重召开运7飞机定型庆功大会。1985年,运7飞机获国家科技进步奖二等奖。

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