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        破譯飛機(jī)壽命之謎的人

        2000-06-07 19:32:00陳家寶
        航空知識(shí) 2000年10期
        關(guān)鍵詞:飛機(jī)

        郭 凱 陳家寶

        1995年6月,空軍某研究所飛機(jī)研究室高級工程師張福澤,收到中國工程院院長朱光亞的來信,信中寫道:“我十分榮幸地通知您,您于1995年5月當(dāng)選為中國工程院院士,當(dāng)選名單已經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn),特此通知,順致祝賀?!?img align="left" src="https://cimg.fx361.com/images/2000/07/28/qkimageshkzshkzs2010hkzs201001-1-l.jpg">

        時(shí)年59歲的張福澤捧著這封信,淚水盈盈。他怎能不激動(dòng)呢?中國工程院院士是國家設(shè)立的工程科學(xué)技術(shù)方面的最高學(xué)術(shù)稱號,是科學(xué)家終身的榮譽(yù)。而他,又是人民空軍歷史上第一位當(dāng)選院士的高級專家。

        張福澤是怎樣的一個(gè)人呢?是怎樣攀登上科技之巔的呢?讓我們尋覓他成功的足跡………

        苦讀、苦讀再苦讀

        張福澤出生在遼寧省岫巖縣一個(gè)貧困的農(nóng)民家庭。祖父輩由于家鄉(xiāng)發(fā)大水,逃荒闖到關(guān)東。他的父母親都沒上過學(xué),為了擺脫貧窮,一年四季拼命干活。春秋農(nóng)忙季節(jié),全家不分男女老幼,能干活的全部下田。夏季,男人們到離家30里外的河灘上淘金;冬季,到深山老林打窯燒炭,張福澤的童年就是在這種求生存的苦斗中渡過的。

        1948年冬,張福澤的父親病故在炭窯中。家中的“大梁”斷了,兩個(gè)年幼的哥哥不得不頂著風(fēng)雪去離家40里外的礦山做苦力,12歲的張福澤被迫停止小學(xué)的讀書生活,下田干農(nóng)活。由于他學(xué)習(xí)成績優(yōu)異,學(xué)校保留他的學(xué)籍,農(nóng)閑季節(jié)他可插班學(xué)習(xí)。于是,張福澤走上了邊干農(nóng)活、邊求學(xué)的道路。小學(xué)畢業(yè)時(shí),兩位哥哥見他學(xué)習(xí)成績出奇的好,就決定供養(yǎng)他學(xué)下去,結(jié)果他以優(yōu)異成績考入岫巖縣最好的一所中學(xué)。1957年報(bào)考大學(xué)時(shí),張福澤第一志愿報(bào)的是長春汽車拖拉機(jī)學(xué)院拖拉機(jī)專業(yè),因?yàn)樗擂r(nóng)民沒有機(jī)械的苦處,但學(xué)校推薦他報(bào)考了北京航空學(xué)院。高考結(jié)果,數(shù)、理、化三門平均96分,被北航飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)錄取。由此,他成為家鄉(xiāng)張家堡子有史以來第一位大學(xué)生。后來,學(xué)校因故多次調(diào)整專業(yè),很多同學(xué)到其它專業(yè)去學(xué)習(xí)了,老師幾次征求他的意見,他始終堅(jiān)持學(xué)飛機(jī)設(shè)計(jì)不動(dòng)搖,原因是他崇拜蘇聯(lián)著名飛機(jī)設(shè)計(jì)師圖波列夫和米高楊。

        大一的第二學(xué)期他突然病倒,住了近兩個(gè)月的醫(yī)院。在工科大學(xué)里,一個(gè)學(xué)期有兩個(gè)月誤課,一般是無法跟上班的。張福澤病愈后努力追趕,結(jié)果各科考試全部通過,同學(xué)們無不為之驚訝。大二開學(xué)前,系里決定他到新生班當(dāng)輔導(dǎo)員,負(fù)責(zé)新生入學(xué)、上課、生活等方面的工作。這是北航當(dāng)時(shí)的傳統(tǒng)做法,新生入學(xué)沒有專職輔導(dǎo)員,每年從上年級的班干部中選一名做這項(xiàng)工作。由于這項(xiàng)工作很繁瑣,一般當(dāng)上輔導(dǎo)員后就無法跟上原班的課了,只能跟新生班一起畢業(yè)。張福澤是個(gè)例外,沒有留到下一年級,同學(xué)們無不為之驚奇。

        張福澤在大學(xué)的后三年中,除學(xué)好當(dāng)年的課程外,還擠時(shí)間學(xué)其它相關(guān)專業(yè)的課。他說,他后來從事的飛機(jī)疲勞壽命研究,就是當(dāng)年業(yè)余時(shí)間鉆研清華大學(xué)杜慶華教授的《材料力學(xué)》得到啟蒙的。他的學(xué)習(xí)秘訣是:狠抓基本概念的理解,對同一概念至少找三本參考書進(jìn)行對比,多與同學(xué)、老師討論,甚至爭論;不要在乎考試分?jǐn)?shù)高低,而應(yīng)注重學(xué)深、學(xué)活。

        開創(chuàng)、開創(chuàng)再開創(chuàng)

        1962年,張福澤以優(yōu)異成績從北京航空學(xué)院畢業(yè),分配到空軍某研究所飛機(jī)研究室當(dāng)了一名技術(shù)員。

        1967年春節(jié)前一天,張福澤買好了回老家的火車票,正在宿舍收拾行李。這時(shí),研究室負(fù)責(zé)人推門進(jìn)來,說:“上??哲婏w機(jī)修理廠把一架烏米格-15飛機(jī)修好了,但出不了廠,你去了解一下情況?!睆埜牲c(diǎn)點(diǎn)頭,踏上了駛向上海的列車。烏米格-15是前蘇聯(lián)生產(chǎn)的雙座噴氣教練/攻擊機(jī)。到工廠后張福澤才清楚,飛機(jī)出不了廠的原因是沒有總壽命時(shí)間,廠方不敢簽字。他想,收音機(jī)到壽命了,不響;汽車到壽命了,開不動(dòng)……這不會(huì)有什么危險(xiǎn)。飛機(jī)到壽命了,如果還往天上飛,后果不堪設(shè)想;飛機(jī)沒到壽命而停飛,又必定造成巨大浪費(fèi)。

        他還了解到,因?yàn)轱w機(jī)沒有總壽命,像廠方不敢簽字出廠的這種飛機(jī),全空軍還有數(shù)百架。其時(shí),我國從前聯(lián)引進(jìn)的圖-4、烏米格-15等飛機(jī)多數(shù)達(dá)到了使用期限,東南沿海局勢緊張,但我空中力量沒有后繼,軍委、空軍首長心急如焚。

        烏米格-15飛機(jī)從前蘇聯(lián)進(jìn)口時(shí),初步定的使用期限是1700小時(shí)左右。這是不是它的真實(shí)壽命?它能不能解燃眉之急,繼續(xù)保衛(wèi)祖國領(lǐng)空?

        “這么多飛機(jī)急需定壽,我不能空手而歸。”張福澤默默地告誡自己。

        張福澤是學(xué)飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)的,對飛機(jī)定壽知之不多。

        這是自找苦吃的選擇。領(lǐng)導(dǎo)并沒有讓他研究給飛機(jī)定壽的問題,而只是讓他來了解一下情況。

        這是冒險(xiǎn)的選擇。他清楚上級早就給所里下達(dá)烏米格-15飛機(jī)定壽任務(wù),所里已組織力量進(jìn)行了多年攻關(guān),還做了飛機(jī)的靜力試驗(yàn),但一直沒有結(jié)果。

        這一選擇使他在上海一蹲就是3個(gè)月,春節(jié)也是在工廠過的。張福澤琢磨著:要給飛機(jī)定壽就得通過疲勞試驗(yàn)來確定飛機(jī)的使用壽命。影響飛機(jī)壽命的主要因素,是機(jī)體結(jié)構(gòu)材料的疲勞損傷。國外發(fā)達(dá)國家給飛機(jī)定壽,一般采用整架飛機(jī)疲勞試驗(yàn)的辦法,這需要昂貴的設(shè)備,耗資巨大,我們能否通過做主要部件的疲勞試驗(yàn)來確定飛機(jī)壽命?

        張福澤凝視著被分解的飛機(jī),眼前突然一亮:一個(gè)人能站起來主要靠脊梁、腿骨支撐,飛機(jī)也應(yīng)該是這樣!如此看來飛機(jī)定壽的關(guān)鍵就在機(jī)身大梁和機(jī)翼大梁了!重大的科學(xué)設(shè)想往往孕育在普通的邏輯推理之中。張福澤有了一個(gè)大膽設(shè)想:做機(jī)身大梁和機(jī)翼大梁疲勞試驗(yàn)!“大梁是個(gè)綱,綱舉目張?!睆埜砂堰@一想法和修理廠的師傅們一說,師傅們的腦袋擺得像貨郎鼓:“不可能、不可能,這些東西最結(jié)實(shí),從來沒有壞過?!钡珡埜蓻]有動(dòng)搖決心,馬上跑圖書館查資料,找專家請教咨詢,蹲車間進(jìn)行分析……克服重重技術(shù)障礙。3個(gè)月后,一份定壽方案和大梁疲勞試驗(yàn)草圖擺在了研究所領(lǐng)導(dǎo)的案頭。

        所領(lǐng)導(dǎo)高度重視,立即派人去飛機(jī)制造廠實(shí)地考察,張福澤一同前往。

        飛機(jī)制造廠曾做過殲五飛機(jī)的大梁疲勞試驗(yàn),但做了幾次都失敗了。“他們失敗不等于我們失敗?!睆埜芍赋隽似湓囼?yàn)的不合理性。所領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為張福澤試驗(yàn)方案的方向?qū)︻^,又是空軍急需解決的難題,便通過了他的試驗(yàn)方案,并讓他擔(dān)任課題組長,牽頭攻關(guān)。

        張福澤選擇辦公樓底層的一段走廊為試驗(yàn)室,又從航天部某院的廢料堆里找到兩根2米長、粗細(xì)不均的鐵柱子,用馬車從其它地方拉來所需的材料,在車間親自加工,開發(fā)出我國第一臺(tái)一次可以試驗(yàn)3個(gè)部件的自身平衡的疲勞試驗(yàn)設(shè)備,在走廊里做起了飛機(jī)的疲勞試驗(yàn)。

        為了做好試驗(yàn),他組織人力實(shí)測載荷參數(shù),邊學(xué)邊干,加班加點(diǎn),終于編出我國第一個(gè)用于全尺寸部件的疲勞載荷譜;與此同時(shí),他又自己動(dòng)手研制出疲勞試驗(yàn)用的加載系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng);他和戰(zhàn)友們一起還制訂出領(lǐng)先監(jiān)控使用和工廠延壽修理等一整套飛機(jī)延壽定壽工程的路子。1976年和1980年,張福澤和他的戰(zhàn)友們在國內(nèi)首次給出烏米格-15和米格-15比斯兩個(gè)機(jī)群的延壽結(jié)論,將兩個(gè)機(jī)群的總使用壽命分別延至3700飛行小時(shí)和3200飛行小時(shí)。兩個(gè)機(jī)群飛機(jī)經(jīng)過延壽后,不僅給國家創(chuàng)造了1千多架飛機(jī)的使用價(jià)值,保證了我空中力量的加強(qiáng),而且為我國飛機(jī)定壽工程開拓出了一條新路。該成果榮獲全國科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。

        追新、追新再追新

        張福澤認(rèn)為:一個(gè)國家,一個(gè)民族,沒有獨(dú)立自主、開拓創(chuàng)新的精神和行動(dòng),就永遠(yuǎn)是落后的國家和民族;一個(gè)科技工作者在自己的工作中,沒有自力更生、勇于探索、開拓創(chuàng)新的意識(shí)和行動(dòng),就永遠(yuǎn)處于被動(dòng),永遠(yuǎn)創(chuàng)造不出一片屬于自己的“天地”。

        1972年5月,航空兵某師一架殲五飛機(jī)在飛行中由于機(jī)翼疲勞折斷,造成機(jī)毀人亡。事故驚動(dòng)了軍委、空軍和航空部的領(lǐng)導(dǎo),決定研究所再生產(chǎn)一套張福澤研制的疲勞試驗(yàn)設(shè)備。

        當(dāng)時(shí)張福澤正忙著完成其它任務(wù),如果再生產(chǎn)一套原有的疲勞試驗(yàn)設(shè)備,只要交出圖紙就行了。但張福澤沒有圖省事。他認(rèn)為,既然要重新造一套設(shè)備,就應(yīng)該再向前發(fā)展一步。他向領(lǐng)導(dǎo)提出改進(jìn)原來的疲勞試驗(yàn)設(shè)備,把支持件改成試驗(yàn)件。他苦干3個(gè)月,設(shè)計(jì)了一套一次可以試驗(yàn)4個(gè)機(jī)翼主梁和2個(gè)機(jī)身主梁的臥式疲勞試驗(yàn)設(shè)備圖紙,這種試驗(yàn)設(shè)備不僅試驗(yàn)件數(shù)由3件提高到6件,而且取消了原設(shè)備的承載支持部件,使6個(gè)試驗(yàn)件巧妙地構(gòu)成一個(gè)自身平衡系統(tǒng),使試件受力更確切,設(shè)備更輕便,使用更方便。后來,在這個(gè)新設(shè)備上,進(jìn)行了幾個(gè)機(jī)型飛機(jī)的疲勞試驗(yàn),試驗(yàn)后的結(jié)果與實(shí)際飛行的結(jié)果完全吻合。該設(shè)備榮獲國家發(fā)明獎(jiǎng)。

        張福澤搞課題不只是以完成具體任務(wù)為目標(biāo),而始終把眼光瞄準(zhǔn)國際學(xué)術(shù)前沿,著力在飛機(jī)疲勞理論研究上有新的突破。因此,一有空閑,他就泡在圖書館里,把能找到的全世界有關(guān)飛機(jī)疲勞研究的前沿資料都認(rèn)認(rèn)真真琢磨一番。一旦發(fā)現(xiàn)問題,他就苦苦進(jìn)行探討,先后發(fā)表了50多篇高水平論文,逐步形成了他獨(dú)樹一幟的飛機(jī)疲勞理論體系。

        ——他建立了飛機(jī)(機(jī)械)裂紋形成壽命及裂紋擴(kuò)展壽命兩個(gè)類比計(jì)算模型,解決了經(jīng)典理論未能解決的分散性問題。他創(chuàng)造的“裂紋形成壽命類比計(jì)算法”和“裂紋擴(kuò)展壽命類比計(jì)算法”,把疲勞與斷裂兩個(gè)學(xué)科的問題統(tǒng)一到一種計(jì)算模型中,這兩個(gè)公式寫進(jìn)了我國《飛機(jī)強(qiáng)度和剛度規(guī)范》中。1985年,他關(guān)于這兩個(gè)模型的論文在《航空學(xué)報(bào)》發(fā)表后,被美國著名學(xué)術(shù)雜志《AD報(bào)告》全文轉(zhuǎn)載。

        ——他對比研究了飛機(jī)續(xù)飛載荷譜與程序塊載荷譜的疲勞分散性規(guī)律,出了獨(dú)到的見解。1987年11月,在澳大利亞召開的“第一屆環(huán)太平洋國際航空宇航學(xué)術(shù)會(huì)議”上,張福澤宣讀了自己的論文,被大會(huì)譽(yù)為“80年代高質(zhì)量的論文”,是疲勞研究領(lǐng)域里的“一次壯麗的日出”,美國權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《SAE》予以全文轉(zhuǎn)載。

        ——他研究了疲勞分散系數(shù)的分類及其取值,澄清了國內(nèi)飛機(jī)疲勞規(guī)范中含糊不清的概念,計(jì)算出了我國航空用的各類分散系數(shù)具體數(shù)值,被我國《飛機(jī)強(qiáng)度和剛度規(guī)范》采用。其論文1991年在國際宇航會(huì)議上發(fā)表,不久又被美國著名學(xué)術(shù)刊物《SAE》全文轉(zhuǎn)載。

        登攀、登攀再登攀

        張福澤作為造詣很深的飛機(jī)可靠性工程專家,對成千上萬架飛機(jī)的疲勞定壽問題稱得上了如指掌,但是對他自己身體的疲勞狀況,卻幾乎到了無知的程度。

        一次在做飛機(jī)的疲勞試驗(yàn)時(shí),張福澤由于疲勞過度,暈倒在實(shí)驗(yàn)室,被送進(jìn)空軍總醫(yī)院。治療中,張福澤反復(fù)向醫(yī)生講,飛機(jī)疲勞試驗(yàn)正處于關(guān)鍵階段,自己確實(shí)離不開實(shí)驗(yàn)室,醫(yī)生只好放他回研究所。張福澤挺著疲勞的身體做飛機(jī)的疲勞試驗(yàn),一不小心左手食指和中指被機(jī)器砸得皮開肉綻,鮮血直流……

        還有一次,張福澤住院后,因疲勞過度,上廁所時(shí)鞋子掉了,但他卻毫不知覺。他光著腳回到病房后,滿屋子找鞋。研究所政治部主任去看他,見到這一幕,緊緊握住他的手,久久說不出話來……

        長期以來,張福澤形成了一個(gè)習(xí)慣,每天下午別人下班了,他還要工作一段時(shí)間。他說這段時(shí)間辦公樓非常安靜,最有利于科研。

        1984年前,張福澤一家三代4口擠在一間不足16平米的房子里,一住就是十幾年。晚上,他常常在家人睡著了以后,再繼續(xù)坐在小馬扎上開燈看書、寫論文。

        1988年,張福澤作為高級訪問學(xué)者赴美講學(xué),美國幾所著名大學(xué)竭力挽留他,說:“這里有一流的環(huán)境,為世界最先進(jìn)的飛機(jī)定壽,您可盡展才華?!睆埜尚π?,說:“謝謝!但我不能留下。我的事業(yè)在中國?!?/p>

        平時(shí),張福澤家的桌子、茶幾、墻壁、臥室都放著、貼著許多小紙條,這是他隨時(shí)記載智慧火花的一種形式。據(jù)他的老伴講,他常常半夜三更突然醒來,“沙沙沙”地在紙條上寫些什么,就又躺下睡著了。

        1986年,張福澤到機(jī)關(guān)幫助工作時(shí),得知我國自行研制的各型飛機(jī)都沒有給出明確的壽命,直接影響到部隊(duì)作戰(zhàn)、訓(xùn)練,空、海軍和航空工業(yè)部曾多方努力申請定壽科研經(jīng)費(fèi),但都沒有得到解決。張福澤感到,自己作為一名航空科研工作者,應(yīng)該靠科技解決這一尖銳而緊迫的問題。否則就是失職,就是犯罪。每當(dāng)他聽到部隊(duì)發(fā)生因飛機(jī)壽命不詳,導(dǎo)致機(jī)毀人亡時(shí),他的心就收得很緊。

        “七五”期間,國家撥給空軍一筆經(jīng)費(fèi),搞3個(gè)在研機(jī)型的定壽,張福澤任總工程師。張福澤想到了“四兩撥千斤”這句話,就與有關(guān)同志一起捧著這筆經(jīng)費(fèi)苦苦思索,尋找“在研”與“在用”一攬子解決的良策。

        天不負(fù)人。經(jīng)過日夜攻關(guān),張福澤創(chuàng)立了“系列飛機(jī)定壽法”新理論及工程方法,在一個(gè)飛機(jī)疲勞壽命專業(yè)會(huì)議上提了出來,受到到會(huì)專家的贊同,建議把“系列飛機(jī)定壽法”作為我國各系列飛機(jī)定壽的指導(dǎo)方法。

        為了把這個(gè)多領(lǐng)域、多學(xué)科、技術(shù)密集的系統(tǒng)工程搞好,空軍專門成立“可靠性辦公室”,任命張福澤牽頭攻關(guān)。張福澤在機(jī)關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和支持下,聯(lián)絡(luò)了全國飛機(jī)疲勞界的眾多專家,大家齊心協(xié)心,拼搏10年,終于用3個(gè)在研機(jī)型定壽的有限經(jīng)費(fèi),為全軍十幾種機(jī)型、數(shù)千架飛機(jī)科學(xué)地定出了真實(shí)壽命,產(chǎn)生了巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益,為國家節(jié)約裝備購置費(fèi)、修理費(fèi)和定壽、延壽研究費(fèi)數(shù)十億元。該課題1995年榮獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

        解放軍報(bào)為此發(fā)表消息:《空軍飛機(jī)定壽工作效益巨大》。時(shí)任總參謀長的遲浩田上將讀罷,立即寫信給空軍領(lǐng)導(dǎo):“真有為之一振和豁然開朗之感。在國家困難、軍費(fèi)緊張拿不出足夠的錢購買飛機(jī)的情況下,空軍創(chuàng)出了一條勤儉持家的新路子,辦了一件利國利軍的大好事……衷心地希望能將這個(gè)經(jīng)驗(yàn)推而廣之,并向?yàn)榇俗鞒鲐暙I(xiàn)的同志表示敬意?!?/p>

        1990年,張福澤被評為國家級有突出貢獻(xiàn)的中青年專家,1991年享受政府特殊津貼。當(dāng)選為中國工程院院士后,他壯志不已,在飛機(jī)定壽領(lǐng)域又有重大突破,于1996年分別榮獲全軍專業(yè)技術(shù)重大貢獻(xiàn)獎(jiǎng)和香港第三屆何梁何利科學(xué)技術(shù)基金獎(jiǎng)。1999年,張福澤成功地發(fā)現(xiàn)金屬腐蝕溫度與腐蝕時(shí)間規(guī)律,并推導(dǎo)出了類似疲勞壽命中的Miner理論公式,在解決飛機(jī)日歷壽命這一世界性難題的道路上開拓前進(jìn)。

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