书城传记赵振业传
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第14章 为战鹰插上铁翼(1)

“美男子”的美中不足

20世纪60年代,适值美帝国主义及国民党反动派以中国台湾、泰国等为前沿基地,使用U-2、“火烽”等无人驾驶高空侦察机对中国大陆频频进行侦察活动。中国空军当时列装的所有飞机在升限上均不能达到高空接敌的要求,亟待发展一种高空高速截击机。

1964年10月,国防部第六研究院在几年充分的技术准备和反复酝酿的基础上,开始论证研制新型歼击机的方案,并拟定了战术技术要求。1965年5月,总参谋长罗瑞卿批准了高空高速歼击机的战术技术指标和研制任务。这种高空高速歼击机命名为歼8飞机。研制任务主要由沈阳601所和沈阳112厂承担。

歼8飞机的设计方案突出了高空、高速、增大航程、提高爬升率和加强火力5个特点,各项性能比歼7飞机均有提高。飞机最大速度为马赫数2.2,最大升限20千米,最大航程2000千米,最大爬升率200米/秒。

歼8飞机的设计工作从1965年夏全面展开,至1967年初完成并发出全套设计图样。1969年7月5日,歼8飞机首飞成功。

歼8飞机是白天型飞机,不具备在复杂气象条件下的作战能力。为满足全天候作战需要,从1976年起,开始研制歼8Ⅰ飞机。歼8Ⅰ飞机于1981年4月21日首飞成功,1985年7月设计定型。

进入20世纪80年代,世界空战模式发生了巨大变化,历经了70年代末和80年代初的几次中东战争及英阿马岛战争,证明了诸如米格-21、米格-23、米格-25与“幻影”Ⅲ这种片面追求高空高速的战斗机,往往不是机动灵活的F-15、F-16战斗机的对手。

1979年,中国空军根据国土防空的需要,提出在歼8Ⅰ飞机的基础上将进气道改成从两侧进气,以换装高性能雷达。1980年9月,总参谋部和国防工办正式批准空军提出的战术技术要求,并将新机命名为歼8Ⅱ。1984年6月12日,歼8Ⅱ飞机首飞上天,1988年10月设计定型。这是我国第一款自行设计制造的高空高速歼击机。标志着中国歼击机的发展已经脱离了苏联米格系列,进入了自行发展的新阶段。

1989年,歼8Ⅱ战斗机在第38届巴黎航展上首次展出,引起轰动,吸引了成千上万不同肤色的参观者,成为这届航展中的一大“明星”。它宽大的三角机翼,颀长的机身给人以特有的美感,被誉为“空中美男子”。

此后,又陆续研制了歼8Ⅲ等型号,形成了歼8系列飞机。歼8系列飞机的研制成功,标志着中国空军进入了第二代战斗机的水平,是我国军用飞机研制的一个里程碑,在我国现代航空工业史上谱写了新的篇章。

但是,被誉为“空中美男子”的歼8Ⅱ飞机却美中不足,其起落架故障多、寿命短。

歼8Ⅱ飞机的起落架原用GC-4钢制造。

超高强度钢GC-4的研制始于1958年,在“文革”期间就完成了工业生产试制,并用来代替30CrMnSiNi2A钢种制造了歼6主起落架和强5主起落架,取得了飞机减重12.4千克的良好效果。

在“十年动乱”中,为了保证研制歼8所需新材料,GC-4课题组根据飞机设计中对钢材质量和规格尺寸的新要求,在富拉尔基北满钢厂进行了直径300毫米大规格钢材的试制。采用电弧炉和电渣重熔双联工艺,用3吨的钢锭在2500吨水压机上生产出了合格的锻件。

GC-4钢是一种无镍超高强度钢,每生产100吨钢可节约2吨镍。作为飞机重要的受力结构件的关键材料,它具有高的强度和良好的综合性能,并可根据设计和使用要求的不同,选择不同的热处理规范,拉伸强度为1765~1961兆帕,与美国4340、D6A钢相近,比苏联30ХГСНА钢的强度高196兆帕,适于制造飞机受力构件如起落架、接头、螺栓等。歼8飞机上使用GC-4钢制造前、主起落架和水平尾翼大轴后,与传统的30CrMnSiNi2A钢相比,减轻重量15千克,提高了飞机的性能。1976年11月,我国冶金部和第三机械工业部召开会议,通过了对GC-4钢的鉴定。

GC-4钢的研制成功,填补了我国超高强度钢的空白,是一件了不起的事。

然而,GC-4钢在实际使用中也发现不少问题,主要是冶金质量不稳定。112厂多次向航空部反映,GC-4钢经常发生韧性指标不足,尤其是冲击韧性值经常不合格,且生产中经常出现原材料缺陷(如点状偏析、粗晶等)。由于起落架设计为焊接件,GC-4钢焊接性能差,批生产中造成零件报废较多,仅活塞杆的废品率就达10%,起落架轮轴、活塞杆、扭力臂多次在外场出现裂纹等故障。

空军驻112厂军事代表室反映:GC-4钢冶金质量一直不过关,问题多。GC-4钢制起落架发生多次重大质量问题,造成停飞停产。1980年3月28日,一架飞机飞行119个起落计78小时49分后,发现起落架活塞杆出现21.5毫米裂纹。普查发现,活塞杆生产件裂纹8件;1990年8月17日统计,起落架存在18项问题。多架飞机机轮半轴有裂纹,扭力臂几乎95%产生裂纹,造成派人到部队从0批开始的全部飞机进行排查,以排除故障。

起落架是飞机的重要承力部件,其重量约占飞机总重量的5%左右,同时又是飞机故障及事故率最高的部件之一。

起落架承受着飞机起飞、着陆撞击、刹车、转弯、发动机试车、停机的各种载荷。这些载荷不仅有持续的静载,也有很大的冲击载荷和振动载荷。因此,世界上95%以上的飞机起落架都用超高强度钢制造。原因是超高强度钢具有超高强度和很高的疲劳强度,可做到起落架体积小、重量轻、寿命长、使用可靠。

在美国, 90%以上的军、民用飞机起落架都用300M钢制造,并且还被其他国家引进使用。可以说,300M钢是世界上使用强度最高、综合性能最好、使用最广泛并受到赞誉最高的飞机起落架用钢。

300M钢是美国国际镍公司于20世纪50年代初在4340钢基础上添加1.5%左右的硅而发展起来的新型超高强度钢。这种钢最大的优点是强度高、韧性好、疲劳强度高。经过多年研制和试验,美国于1965年正式将其用于制造飞机起落架。

发达国家的起落架由于选材强度高、制造工艺先进、设计精细,已达到与飞机同寿命的水平,其最高规定寿命为5000飞行小时。进入20世纪80年代后,尽管我国航空工业已取得巨大成就和发展,但与国外先进技术相比,飞机起落架技术还处于落后状态,集中表现为寿命短、可靠性差、故障多,是我国航空制造工程的一个“瓶颈”。当时,国内一副起落架的使用寿命仅为200~500小时,有的甚至使用几十小时就出现裂纹,为此,一架飞机不得不准备几副起落架。不言而喻,飞机起落架寿命短,质量问题多,必然影响飞行训练和飞行安全。

起落架技术落后,已成为制约先进飞机设计和使用的重大航空工程问题。

尽快改变这一状况,是我国有关部门和从事设计、材料和工艺研究人员的责任。

立项研制300M钢

为解决起落架这一难题,时任航空部科技局副局长、主管材料处的刘多朴提出了“借鉴300M钢,搞一个备份钢种,以备在万一GC-4钢支持不住时作为替补拿上去”的应急方案。根据刘多朴“一个口袋装GC-4,一个口袋装300M变种”的想法, 1979年12月31日,在航空部科技局材料处的大办公室召开了新钢种立项大会。621所、601所、112厂奉命参加,同时还邀请了冶金系统领导机关和抚顺钢厂等单位参加。会议决定,立即启动新型超高强度钢的研制。由621所牵头(组长单位),112厂、抚顺钢厂、601所参加。

新钢种的技术指标完全套用GC-4钢的指标,化学成分按300M试制。

621所的新钢种(300M)研制组也相应成立,由宋宇文任组长,古宝珠和沈孟芳为参加人。工作了一年多,抚顺钢厂没有试制出合格材料。

在1981年年底、1982年年初,经冶金系统和621所课题组协商,决定“理顺”新钢种的试验,因为GC-4钢的指标中有冲击韧性的要求,而300M钢则没有此项要求,还有低倍组织的标准要求差别大。大家的倾向是转为全仿300M钢。

如何全仿?经研究决定,按麦道公司标准( DMS-1935)和美军标(MIL-S-8844C)仿制一个σb为190±10千克/毫米2的300M钢。

确立全仿的方针后,课题组工作的重点仍是全力调整冶炼参数,并取得了一些进展。但由于在高纯炉料和加大锻比两个关键问题上认识不足,一直难以获得突破性进展。

1982年,621所课题组负责人宋宇文因工作调动,负责人换成古宝珠。古宝珠后又奉命赴北京航空学院进修英语口语,准备参加教育部举办的EPT考试,遂将课题组事宜呈交时任研究室主任的田世藩另行安排。

刺手的玫瑰

毋庸置疑,研仿300M钢将有助于发展我国起落架用新钢种。

从1980年仿制工作在抚顺钢厂拉开帷幕至1983年,历时3年多,炼了19批104吨钢。经检测,抗拉强度基本达到美国军标,可韧性、塑性始终达不到美国军标。

对此,有人感叹:要是有美国炼300M钢的工艺技术资料就好了,就用不着这么折腾了。

实际上,新中国成立后,美国就一直对我国进行长期的经济制裁、技术封锁。超高强度钢是制造先进设备、武器的重要材料,它是一个国家钢铁工业技术水平的标志,属于材料科学前沿和研究热点。美国岂能让别国知晓!

没有捷径可走,怎么办?是知难而进,还是就此作罢?

作为课题牵头单位的621所决定另组人马继续攻关。

可由谁来牵这个头呢?

三室主任田世藩思来想去,一个最佳人选进入了他的脑海,此人便是赵振业。

田主任深知,赵振业是个想干事、会干事、能干成事的人。因为他刻苦钻研、好学上进,入所没几年就在同时来所工作的大学生中脱颖而出,成为室里的技术骨干,并参与研制成功GX-8不锈钢,主持研究成功GC-19中温超高强度钢。他知识面广,具有很强的责任感和事业心,工作态度严谨,有主见,对一些问题有独到的见解,技术比较全面,从合金成分设计到零件使用条件,方方面面他都很清楚。

1983年8月的一天,主任把赵振业请到办公室,请坐,沏茶。

主任面带微笑地说:“振业呀,今天把您请来,是有项重要任务交给您,这项任务就是国防科工委下达的《飞机起落架用新型超高强度钢300M应用研究》课题。”

“这个课题经过几年的努力,已经取得了一些成果,但还有些技术难题要攻克,希望您挑起这副担子,实现课题的最终目标。”

赵振业开始犹豫了一下,因为他手头正忙于中温超高强度钢课题的收尾工作,但最终还是答应了。

中途接手,摆在赵振业面前的并不是唾手可得的桃子,而是带刺的玫瑰。

赵振业感到肩上的担子沉甸甸的。使命无上光荣,责任重于泰山。

和所有胸怀报国之心的中国知识分子一样,赵振业骨子里有一种不甘落后、知难而进、以苦为乐的优秀品质。

“既然组织决定让我负责,就一定要全身心投入,不干则已,要干就要干好;外国人能做到,相信经过努力,我们也能做到。”

熟知赵振业的人都了解,他有着“严谨、刚毅、耿直、倔强”的鲜明个性,只要决定了要干的事,就一定能办成做好。

1983年10月,赵振业投入了课题研究工作。他不分白天黑夜、上班下班,查阅了大量有关300M钢的资料,了解国内外起落架生产的工艺技术,分析国内起落架产生裂纹、断裂的原因。

赵振业在广泛查阅国外资料中发现,国外先进起落架技术有四大特点:

一是选材强度高。为减轻设计重量,先进起落架都用最高的低合金超高强度钢制造。为提高性能,达到稳定可靠使用,采用真空熔炼钢,纯洁度很高,尤其是杂质硫含量低至10ppm水平。

二是制造技术先进。先进起落架都采用先进的工艺技术以求达到高寿命。这些技术包括:

(一)机械加工技术。300M钢制件采用小切削量加工,磨削时每道吃刀量仅为0.01~0.02毫米,表面粗糙度低。美军标规定磨削表面应经酸浸检查合格。

(二)热加工技术。300M钢零件均采用实心整体锻件,取消了焊缝,多用可控气氛淬火,标准规定表面脱碳层深度不超过0.075毫米,近年又发展了真空淬火技术。

(三)表面强化技术。美军标规定拉伸强度超过1400兆帕的钢件和电镀件必须喷丸强化,以提高零件抗疲劳性。

(四)表面防护技术。普遍采用镀层+涂漆双层防护体系。镀层包括松孔镀镉、低氢脆镀镉-钛及真空镀镉、铝等。

这些技术不仅赋予零件优良的性能,还保证了零件质量的稳定性和可靠性,同时还使设计意图得以实现。

三是设计技术先进。发展了CAD/CAM/CAE技术,零件设计做到了结构安全、重量轻、紧凑、艺术。

四是寿命长。先进起落架都达到了与飞机同寿命周期,军用飞机达到5000飞行小时,民航客机达到数万小时。