蓝天碧海献丹心 刘兴洲院士与同事们研制冲压发动机的轶事
发布时间:2011-11-11     信息来源: BOB在线下载(中国)有限公司集团公司

    创建、奠基

  1956年,在党中央、毛主席、周总理、聂老总等老一辈无产阶级革命家的亲切关怀下,我国的导弹航天事业创业起步了,创业之路是一条艰难的路。以钱学森、梁守磐为代表的一大批科学家,心怀壮志,肩负重任,开始了艰难的探索。

  刘兴洲也是其中的一个。

  1957年10月,刘兴洲被分配国防部五院第九研究室,当时的研究室技术副主任是梁守磐教授。第九研究室是火箭发动机原理研究室,那时已在考虑进行冲压发动机研究的问题了。

  刘兴洲与聂启锋报到之后,梁守磐教授找他们两人谈话。谈到在我国发展冲压发动机的意图,并指出,要研究冲压发动机,首要的是先要搞设备。所以当时梁主任就布置他们两人考虑设备,并要求画出直连式和自由射流试验台原理图。他们当时连冲压发动机的概念都没有,更谈不到试验设备了。过了几天梁主任检查他们的工作,问图画的怎么样了?他们没想到这么短的时间就要拿出结果,当时他们真是无言以对。梁主任就从他的抽屉里拿出了一张纸,上面画着试验台原理图,他们两人才恍然大悟。这就是第一张冲压发动机试车台原理图。后来又有闫永贵、丘培德、范士琪等10余人,参加了冲压发动机的研制队伍。12月3日,国防部五院决定成立一分院,正式成立冲压发动机研究室,命名为第五研究室,由张世英担任研究室副主任。这就是三十一所的前身。

  1958年,他们曾与北航进行了使用冲压发动机的北航4号的合作,设计了发动机图纸。有人开玩笑地说,那张图纸真是笑掉大牙。但要知道“笑掉大牙”也是开路先锋。尽管北航的老师给了一定的帮助,但后来根据任务需要,老刘他们要独立进行发动机设计了。1958年,沈世绵、张天录从苏联归来,于守志等一批大学生也参加了工作,稍后,1959年,鲍志明留苏回来,随即配合苏联专家科索夫的工作,冲压发动机研制力量得到加强。1959年2月,老刘他们设计了第一个冲压发动机试验件“341”,开展了进气道、供油调节系统和点火器的预研。1959年8月,老刘他们来到三机部四院,经过两个多月的战斗,就共同完成了冲压发动机地面试车台的设计。经过审阅修改,1960年3月下厂加工,7月开始安装,11月调整完毕。1960年11月23日,“341”发动机的一声轰鸣,报道了冲压发动机试验研究工作的开始。这样大型的试验设备,从设计到投入使用,仅用了一年半的时间。随后,在苏联专家指导下,进行了冲压发动机设计,CS-02台设计,开始了CS-03台和CS-05台的设计,CS-01台只是进行了准备。但好景不长,1960年7月,赫鲁晓夫下令撤走苏联专家,那时试验台的设计工作,有的只搞了一半,有的刚刚开始。老刘和同事们极为气愤,觉得人家不帮了,只有自己干,一定要发愤图强,争口气。那时夜间办公室灯火通明,领导催着回去也仍坚持工作。24号厂房的工作最终还是靠自己完成了。经过大家努力,先后完成了CS-03自由射流式试车台的设计,独立完成了CS-01大型高空试车台的设计。1964年到1965年,CS-02台、CS-03台和WBC-01台相继投入使用。经过补充修改,CS-01台在1968年也投入运转,一个完整的冲压发动机试验基地建成了。万丈高楼平地起。有了这个基地,研制冲压发动机才有了基础。望着亲手建设的24号厂房,大家喜出望外。这是自力更生的胜利。1969年,美国冲压发动机专家来中国访问,美国人准备给我们讲讲概论。但我们请他参观了我们的设备和发动机后,他觉的他的讲稿拿不出手了。美国人没有想到中国对冲压发动机的研究已经有了这样的规模。他风趣地说:“下次该邀请你们到美国去做报告了!”

  1965年6月1日成立了三院冲压发动机研究所,即三十一所。每年都有一批大学生参加工作,1964年4月,张振家从哈军工毕业分配来所参加冲压发动机总体研究室的工作,到1965年全所人员已增加到千余人,冲压发动机的队伍迅速扩大,CF-03,CF-06等冲压发动机的研究相继得到发展,为后续工作打下了良好的基础。

  攻关、起飞

  在冲压发动机研制早期,曾经设计了“341”和CF-03发动机。经过大量试验研究工作,初步解决了预燃室点火,燃烧稳定和火焰筒烧蚀等问题,写出了研制总结,为研制工作积累了经验。但当时受高指标的影响,没有能够落实具体的型号任务。

  1962年,在五院科技委员会年会上,讨论并制定了型号发展规划。会上预计到将来亚音速导弹突防会越来越困难,提出要研制低空超音速飞航式导弹,以提高突防能力,对付可能从海上来的侵略。这是一个创举。事实上,欧美车家只是到了八年代才提出低空超音速导弹的问题。可见中国专家富有远见卓识。经过反复的协商与论证,1964年9月召开了海鹰三号地舰导弹动力装置指标讨论会。钱学森同志在总结中肯定了海鹰三号采用冲压发动机,指出它是符合我国冲压发动机研制实际状况的。从此,冲压发动机用于导弹型号的工作开始了。刘兴洲为冲压发动机总体研究室主任。

  1965年7月,用于海鹰三号导弹的CF-06发动机进入试验。冲压发动机的特点是燃油在高速气流中燃烧,驯服它并不容易。那时就发生过火焰摆动、富油振动、低温起动困难等问题。正当大家紧张工作的时候,“文化大革命”开始了,党组织瘫痪了,指挥系统也濒于瓦解,冲压发动机工作面临空前浩劫。在那混乱的无政府主义泛滥的日子里,相当一部分科研人员和工人还是坚守岗位,1966年到1969年就进行了一百多次试验。有些重大技术关键问题就是在这一阶段解决的。

  经过奋战,攻克了火焰摆动和富油振动关。“低温起动”曾成为前进的拦路虎,当时组织了领导、技术人员、工人参加的三结合突出队,一起到现场商定方案,工人师傅马上拿去加工,加工完了马上装到发动机上试验。参加突出的同志很努力,大家专心致志,经常忘记吃饭,睡觉也很少。有的双职工晚上把孩子锁在家里,前来参加试验。大家的感情和发动机紧贴交融在一起。经过集体的努力,终于找到解决低温起动的独特方法。1970,CF-06发动机地面本体调试的主要工作结束了,具备了参加飞行试验的条件。

  1969年8月,中央军委决定研制与水轰五号飞机配套的低空超音速空舰导弹鹰击一号,其动力装置采用冲压发动机,命名为CF-07。当时专门成立了CF-07突击队,用一台模型发动机改装,在1969年11月就开始试验了。同时集中了一批有经验的设计人员进行了飞行方案发动机的设计。在不到一年的时间里进行了数百次试验,解决了火焰筒称稳定器烧蚀、发动机振动等关键问题,工作已完成大半。

  尽管我们很多同志坚持工作,但在“文化大革命”的冲击下,1971年停止了冲压发动机试验,这就意味着冲压发动机工作的停顿。面对如此局面,很多同志不忍心长此下去。在海鹰三号初期飞行试验中,CF-06发动机没有机会考验,为了确保将来飞行试验成功,他们酝酿着进行一次地面全弹试车。方案和图纸都准备好了,但无法具体实现。

  1975年,邓小平同志主持中央工作。大家听到“把国民经济搞上去”的号召,非常高兴。在这样的形势下,他们准备进行全弹试车了。所党的核心领导小组领导也深入基层、动员骨干、解决实际问题。10月31日召开了动力大会,成立了全弹试车会战组。停顿了几年的试验工作起动了。研究室及主管领导一起制定了详细的全弹试车技术方案,计划部门列出了50多个问题,提出了解决问题的办法,按日排出了计划进度,政治部门派出专人现场鼓动。热火朝天的全弹试车搞起来了。老刘为组织解决全弹试车主副路压力同步、温度同步问题,组成了由刘兴洲、郑嘉祯、王学干、王希赞老同志“三结合”小组,进行商量研究,提出了几种解决方案,随后逐个解决问题。他为调台和发动机冷吹预试成功,连续工作50小时未合眼。试车台日新夜异,进展神速。1975年12月24日按计划进行了“海鹰三号全弹试车”。试验表明:冲压发动机工作可靠,弹上各系统工作协调,本试验为以后的飞行试验做了重要准备。

  在工作停顿几年以后,进行这样大型试验是不容易的。我们希望以这次试验为转机,把工作搞上去。但万万没有想到“反击右倾翻案风”的恶浪顿时铺天盖地而来。“全弹试车”被说成是“唯生产力论的典型”。工作刚刚兴起,就又被打下去,他们怎能压抑心中的愤怒和不平!

  粉碎“四人帮”,给我们带来了科学的春天,大家欣喜若狂。他们清算了“四人帮”的罪行,决心要把失去的时间抢回来。为了迎接飞行试验的到来,1977年所领导又组织了CF-06和CS-07会战。那时百废待兴,但准也不伸出手来要条件,而是创造条件上。“接力棒”传到谁手里,谁就千方百计地完成任务。会战中只用了七天半就完成了CF-07飞行方案的修改设计,全所大合作,器材部门送图纸上门,兄弟室送描图员上门,车间送工艺审查上门,实现了全所一盘棋。会战的重点是完成上述两种发动机的涡轮泵、调节器与发动机的联合动力试验。他们没有看到过国外方面的资料,不知道是否进行这样的试验。根据大家的分析,老刘认为在气流参数沿弹道连续变化的情况下,考验发动机、涡轮泵和调节器的协调工作,就更加接近飞行的实际。这当然不是一件容易的事。大家全神贯注,仔细地把握着每一个环节。为此他们的情感也随着发动机起伏。试验失利的时候,他们默默地分析着每一个数据,要在纷乱复杂的现象中抓住“牛鼻子”;试验成功的时候,他们享受着达到预期目的的喜悦。试验是研究人员的节日,是研究人员思想最活跃的时刻。试验经常提出各种实际的、意想不到的问题,要你回答。研究人员努力掌握事物的规律,驾驭试验的结果。问题来了,犹如泰山压顶;问题解决了,心头如释重负。科研工作就是这样往复地进行着,向着理想地目标挺进。经过充分的试验他们终于做到使发动机按预定要求起动、加速。冲压发动机终于被他们驯服了。

  随着CF-06和CF-07会战攻关的胜利结束以后,鹰击一号工作进展顺利,1977年两发助推弹连连成功,接着进行遥测弹打靶。1978年7月,鹰击一号第三次发射,这是冲压发动机首次在空中点火。结果,左右两台发动机在预定速度下,同时点火,取得了空中点火的成功。接着,鹰击一号继续进行了数次发射,均取得了接近预期巡航速度飞行的好成绩。

  海鹰三号在二次发射以后,决定仍考查助推段,冲压发动机不参加工作。这时老刘他们非常焦急。由于分阶段进行飞行试验的方针不容改变,他们提出了一个两全其美的建议:在助推器分离,即助推弹任务完成以后,冲压发动机再点火工作。这对冲压发动机是更为恶劣的工作条件,但他们决心迎着困难上。领导采纳了这个延迟点火的建议。1979年7月26日,海鹰三号发射的时刻到了。一颗红色信号弹划破长空,一声令下,只见海鹰三号如一支利剑,直射前方,“咔”的一声,越过音障,接着助推器呈十字形分离,“轰”的一声,冲压发动机点火工作了,大家紧紧跟踪着,转瞬间单凭肉眼就看不见了。他们怀着兴奋的心情急忙去看遥测记录。一人拿着一幅遥测胶卷紧张地判读着。“左右两台发动机同时点火”、“发动机工作平稳”,“左右两台发动机推力一致”。“啊!我们的延迟点火获得成功!”

  经过CF-06、CF-07的飞行试验,过去人们最担心的冲压发动机空中点火问题解决了。但后来对数据的详细分析告诉他们,弹体的阻力和发动机的推力不匹配,导弹在作减速飞行。这时有的同志有些悲观,认为实现低空超音速飞行是不可能的。其实适当调整发动机的直径,问题是可以解决的。最后领导决定增加两个型号发动机的直径。为此分别研制了CF-08和CF-03D发动机。当时正贯彻国民经济八字方针,按照缩短战线的要求,重点发展鹰击一号,海鹰三号转入预研。

  1980年5月开始了鹰击一号发动机CF-08的研制工作。设计的指导思想是要充分吸取过去冲压发动机研制的经验,特别是要吸取CF-06和CF-07研制中的成功经验,把设计指标建筑在更加现实,更加可靠的基础上。老刘与同事们决心以最快的速度拿出新的发动机。研制中制定了详细的计划,工作有节奏地进行着。设计和生产只用了11个月就拿出了地面试验用的发动机。试验中较为彻底地解决了火焰前传的问题。后来采用一次试验达到多种目的的措施,并应用正交试验法,大大提高了试验效率。到1981年底,完成了CF-08发动机本体试验任务,1982所9月完成生产了供飞行试验用的发动机。从定方案到交付发动机参加飞行试验,总共只用了两年四个月的时间。CF-08发动机以试验次数最少,研制周期最短创造了冲压发动机的研制记录。

  1983年6月24日,CF-08发动机首次参加鹰击一号飞行试验。旗开得胜,首次实现了鹰吉一号加速和巡航飞行,解决了弹体阻力和发动机推力的匹配问题。在后来的飞行试验中还发现,当弹体姿态剧烈变化时,冲压发动机仍能可靠工作。此时,连过去对冲压发动机抱怀疑态度的同志也说:“冲压发动机真皮实!”1984年9月4日,CF-08发动机实现了低空超音速巡航全程飞行,CF-08冲压发动机通过了全面考核。铁的事实驱散了对冲压发动机的谜团。我国跨入了世界掌握冲压发动机技术少数几个国家的行列。为此我们可以自豪地说:“低空超音速的飞行,在我国是第一次,在世界上也为数不多。我们中国人走出了自己的路。”

  凯歌、展望

  1984年9月4日,蔚蓝的天空上飘着朵朵白云。在灿烂的阳光下,鹰击一号导弹斜卧在发射架上,待命起飞。一分钟准备到了,随着指挥台传来清脆的口令:“5,4,3,2,1,发射!”助推器发出巨大的轰鸣,喷出一团烟雾。鹰击一号如梭似箭,撑地而起。转瞬间,又一阵轰鸣,冲压发动机喷出了两股金黄色的火焰。助推器干净利落地分离了。鹰击一号一往直前,掠海向远方飞去,亮点越来越小……

  “成功了!成功了!冲压发动机成功了!”

  “是啊!我清楚地看见那冲压发动机明亮的火焰!”

  “我拿着望远镜,紧紧地追踪着,导弹飞得又快又稳,越飞越远,越飞越小,直到什么也看不见了。”

  ……

  成功的喜悦,胜利的欢乐,是任何语言难以表达的。它象一股看不见的电流在心灵深处激荡起情感的浪花。

  阵地上一片欢腾。大家跳着,欢呼着,眼睛里流出了激动的泪花。在这样一个难忘的时刻,老刘和同事们含着欢乐的泪花,胜利的泪花,沉醉在幸福之中……

  很快就拿来了遥测记录。数据说明:左右两台发动机同时点火,发动机工作平稳,按预定目标飞完了全程。“啊!冲压发动机取得了全面的成功。”

  成功的消息不胫而走。消息飞到北京,研制人员欢欣鼓舞,互道祝贺。

  冲压发动机成功了。多少人为了它凝思陋室呕心沥血,多少人为了它长年景月坚持战斗。胜利来之不易。这一成功是中国航天动力研究史上的一支凯歌。

  踏着胜利的足迹,老刘和同事们继续前行。

  当时在国外下一代战术导弹正向着提高飞行速度、增加射程、保持小的体积和提高末端段动作战能力发展。冲压发动机是这类导弹理想的动力装置。特别是小体积的固体火箭冲压组合发动机和整体式液体冲压发动机日益得到重视和发展。

  在1968年,我所就已着手进行固体火箭冲压组合发动机的预研工作,建立了试车台,进行了富燃推进剂的研究工作。现在已经用于型号并取得了飞行试验成功。整体式液体冲压发动机也已用于型号并取得了飞行试验成功。

  2008年前,刘兴洲院士奉命接受奥运火矩研制任务。在短短一年时间,他与任国周、叶中元、朱家元等出色地完成了此项任务,使奥运火炬高高地在珠穆朗玛峰山顶熊熊燃烧,为五星红旗在珠峰熠熠生辉,高高飘扬,增添了灿烂的光辉。

  我们深信,祖国的冲压发动机必将在我国国防现代化的事业中发挥越来越大的作用。

  我们也深信,刘兴洲院士及其同事们必将把祖国的导弹事业推向新的高峰。