堯丁 羽淵

2018年5月，一則消息引來(lái)廣泛關(guān)注：我國(guó)大客發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)首臺(tái)整機(jī)點(diǎn)火成功。

鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片研制項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李志強(qiáng)會(huì)心笑了。作為大型客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)研制十大關(guān)鍵技術(shù)之首，其研發(fā)進(jìn)展備受業(yè)界關(guān)注，其成功研發(fā)標(biāo)志著我國(guó)鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)制造技術(shù)取得突破性進(jìn)展。

“空間彎扭掠、大弦長(zhǎng)、高空心率”，超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)（SPF/DB）成就了鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片之美。這一堪稱藝術(shù)品的構(gòu)件，正是李志強(qiáng)和團(tuán)隊(duì)潛心攻關(guān)30余年的目標(biāo)所向。

李志強(qiáng)會(huì)心之笑，是為團(tuán)隊(duì)不懈努力而高興，也是對(duì)自己數(shù)十年科研工作所經(jīng)歷的點(diǎn)點(diǎn)滴滴的一個(gè)回饋。

不負(fù)春光，潛心科研

1986年，李志強(qiáng)從西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程系畢業(yè)，分配到中國(guó)航空制造技術(shù)研究院（其前身是中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)北京航空制造工程研究所）工作。

李志強(qiáng)一入職便從事SPF/DB的研究。該技術(shù)利用材料在高溫下具有均勻大變形能力（超塑成形）以及界面原子互擴(kuò)散形成與母材接近等強(qiáng)的固態(tài)接頭能力（擴(kuò)散連接）實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的成形。這種輕量化整體結(jié)構(gòu)制造技術(shù)可以取代或者部分取代傳統(tǒng)的鑄鍛件數(shù)控加工、骨架蒙皮焊接、鉚接等結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)剛度好、輕量化效果顯著，在航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。因此，自誕生起，該項(xiàng)技術(shù)就迅速成為航空航天工業(yè)推崇的技術(shù)“新貴”，成為衡量一個(gè)國(guó)家航空航天技術(shù)能力的重要標(biāo)志。

他入職時(shí)，國(guó)內(nèi)SPF/DB技術(shù)剛剛起步，單位里僅有兩臺(tái)自主改造的老舊設(shè)備，技術(shù)人員通過(guò)在空心爐磚中盤(pán)繞電阻絲實(shí)現(xiàn)設(shè)備加熱。李志強(qiáng)在當(dāng)時(shí)就練就了快速纏繞電阻絲通電加熱的本領(lǐng)，直到現(xiàn)在還沒(méi)有忘記;沒(méi)有可供借鑒的藍(lán)本，就自己動(dòng)手想辦法。在紀(jì)文海、宋飛靈等老一輩技術(shù)專家?guī)ьI(lǐng)下，李志強(qiáng)就是在這樣簡(jiǎn)陋的“土爐子”上，研制出了國(guó)內(nèi)首個(gè)正式的鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接裝機(jī)零件。

上世紀(jì)80年代至90年代中期，國(guó)內(nèi)型號(hào)任務(wù)少、科研經(jīng)費(fèi)大幅縮減，早期從事SPF/DB技術(shù)的上百家單位在此期間紛紛轉(zhuǎn)行，最后堅(jiān)持下來(lái)的不過(guò)四五家，各單位年輕科研人員離職下海也不在少數(shù)。李志強(qiáng)選擇了堅(jiān)守，科研任務(wù)少，他就充分利用時(shí)間閱讀大量技術(shù)文獻(xiàn)。良好的英文能力，讓他閱讀國(guó)外資料游刃有余，夯實(shí)了專業(yè)功底。

多年后與團(tuán)隊(duì)成員交流時(shí)，李志強(qiáng)坦露了當(dāng)時(shí)的心聲：“堅(jiān)持下來(lái)，就是因?yàn)榕d趣和好奇心?？戳速Y料，更堅(jiān)信我們一定能做得跟他們一樣好，甚至可以超越他們?！彼ｎD了一會(huì)，話鋒一轉(zhuǎn)，“那時(shí)候軍品任務(wù)少，沒(méi)有多少經(jīng)費(fèi)，但同時(shí)也沒(méi)有生產(chǎn)和交付壓力，其實(shí)正是一個(gè)潛心做科研的好機(jī)會(huì)?！?/p>

由于經(jīng)費(fèi)限制，李志強(qiáng)和團(tuán)隊(duì)選擇了最核心、最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)開(kāi)展研究。SPF/DB的二層、三層、四層、五層以及更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，都在那段時(shí)間實(shí)現(xiàn)了突破。在中國(guó)航空制造技術(shù)研究院展柜展示的許多SPF/DB典型結(jié)構(gòu)件，均是那段時(shí)間的作品。

所謂經(jīng)典，就是為后來(lái)的年輕科研人員從事SPF/DB技術(shù)研究提供了基本范式與有益借鑒。正因?yàn)檫@樣的堅(jiān)持，才在艱難時(shí)期將這項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)的火種保存下來(lái)，并孕育成星火燎原之勢(shì)。

持之以恒，歲月總會(huì)回饋曾經(jīng)的付出。

厚積薄發(fā)，推陳出新

經(jīng)歷低迷期后，航空工業(yè)終于在上世紀(jì)90年代末期迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。機(jī)會(huì)總是特別青睞有準(zhǔn)備的人，李志強(qiáng)此時(shí)已成長(zhǎng)為超塑成形/擴(kuò)散連接專業(yè)的技術(shù)帶頭人，長(zhǎng)期積累的大量科研成果，亟需工程化應(yīng)用來(lái)驗(yàn)證。從二代機(jī)到三代機(jī)再到最新型的四代機(jī)，李志強(qiáng)和他的團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了SPF/DB結(jié)構(gòu)的一次次發(fā)展提升。口蓋、框梁、壁板……飛機(jī)結(jié)構(gòu)件尺寸愈來(lái)愈大，結(jié)構(gòu)愈來(lái)愈復(fù)雜，在一次又一次挑戰(zhàn)工藝極限的道路上，李志強(qiáng)和他的團(tuán)隊(duì)技術(shù)實(shí)力不斷增強(qiáng)，從基礎(chǔ)研究—工程驗(yàn)證—定型批產(chǎn)每一步走得都扎扎實(shí)實(shí)。

盡管已在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件上得到諸多應(yīng)用，李志強(qiáng)卻沒(méi)有止步于此，而是不斷探尋新的應(yīng)用機(jī)會(huì)，尋求更廣闊的發(fā)展空間。在一次和某設(shè)計(jì)單位的技術(shù)交流中，李志強(qiáng)敏銳察覺(jué)到SPF/DB技術(shù)可以應(yīng)用于導(dǎo)彈方向舵及翼面結(jié)構(gòu)研制。這在當(dāng)時(shí)是個(gè)大膽的想法，國(guó)際上尚無(wú)先例，多年以后的應(yīng)用實(shí)踐證明他當(dāng)時(shí)的選擇是正確的。

導(dǎo)彈具有高超聲速、高機(jī)動(dòng)性等特點(diǎn)，對(duì)舵翼面承載能力及輕量化有著極高的要求。而整體性好、承載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)輕，正是SPF/DB技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。經(jīng)過(guò)仔細(xì)推敲、反復(fù)驗(yàn)算，李志強(qiáng)創(chuàng)造性地提出了實(shí)體-空心混雜結(jié)構(gòu)方案：由中間密布的十字筋格整體空心結(jié)構(gòu)承擔(dān)巨大的氣動(dòng)壓力載荷，并傳遞至與彈體相連接的實(shí)體安裝座上，從而實(shí)現(xiàn)空心結(jié)構(gòu)的集中承載。

在確定技術(shù)方案具有可行性之后，李志強(qiáng)立即找設(shè)計(jì)單位溝通，雙方進(jìn)行了詳細(xì)深入的技術(shù)對(duì)接和方案論證。最終，他用新穎、可靠的技術(shù)方案，說(shuō)服了對(duì)方。國(guó)內(nèi)外沒(méi)有使用先例，結(jié)構(gòu)應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)？面臨制造新問(wèn)題該如何解決？新型結(jié)構(gòu)要怎樣測(cè)試評(píng)估？標(biāo)準(zhǔn)是什么？一面是型號(hào)交付的巨大壓力，一面是全新的結(jié)構(gòu)、全新的方案，李志強(qiáng)及其團(tuán)隊(duì)小心翼翼、如履薄冰。時(shí)任研究室主任的他，既看重技術(shù)推廣帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)收益，更看重此新結(jié)構(gòu)應(yīng)用給技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的新機(jī)會(huì)。

某型導(dǎo)彈的速度為4-5倍音速，相當(dāng)于國(guó)際上最先進(jìn)的第四代戰(zhàn)機(jī)F22最大飛行速度的2.5倍。在如此快的速度下還要能夠靈活追蹤目標(biāo)，負(fù)責(zé)控制導(dǎo)彈飛行姿態(tài)和路線的舵翼面承受的力量究竟有多大？

最終，交付用戶的產(chǎn)品揭曉了謎底：投影面積不過(guò)半張A4紙大小、重量不到500克的方向舵，需要承受600多公斤的壓力，最大變形不超過(guò)10毫米。其團(tuán)隊(duì)曾發(fā)表一篇科普文章——《從無(wú)到有，艱難超越》，講述的就是李志強(qiáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在舵翼面應(yīng)用SPF/DB技術(shù)的科研故事，引起了多家主流媒體關(guān)注轉(zhuǎn)載。

導(dǎo)彈舵翼面新產(chǎn)品的研制成功，標(biāo)志著SPF/DB技術(shù)的應(yīng)用對(duì)象實(shí)現(xiàn)了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從次承力件到主承力件的拓展提升，技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到了充分發(fā)揮，同時(shí)也建立起了一整套SPF/DB復(fù)雜空心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-制造-試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范。

技術(shù)推廣應(yīng)用，需要深厚的技術(shù)積累、對(duì)技術(shù)本質(zhì)的深刻理解以及高度敏銳，李志強(qiáng)正是這樣一位科研工作者。他在壓力、風(fēng)險(xiǎn)面前敢于挑戰(zhàn)，讓SPF/DB技術(shù)脫穎而出，不斷拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域，一次又一次釋放出先進(jìn)技術(shù)的能量，時(shí)時(shí)閃現(xiàn)科研工作者的智慧光芒。

不畏征途，鑄中國(guó)“心”

有些路，注定不能一馬平川，須跋山涉水、披荊斬棘……航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片研制之路就是這樣的。

早在1993年，利用SPF/DB技術(shù)研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片的構(gòu)思已在李志強(qiáng)腦海中不時(shí)閃現(xiàn)。

礙于當(dāng)時(shí)各方面條件并不成熟，這個(gè)構(gòu)思只能停留在腦海里，難以付諸實(shí)踐，但這個(gè)想法他從未遺忘，一直在等待機(jī)遇來(lái)臨。航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片這一結(jié)構(gòu)，能夠完美地呈現(xiàn)SPF/DB技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)的整體性、高剛性、優(yōu)異減振和承力性能。對(duì)“技術(shù)控”的李志強(qiáng)來(lái)說(shuō)，這樣的結(jié)構(gòu)足以吸引他竭盡全力。

盡管當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)無(wú)法找到項(xiàng)目支持，李志強(qiáng)還是想方設(shè)法從設(shè)計(jì)單位要來(lái)了一份以往發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片的外形圖，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用老舊成形設(shè)備，從零開(kāi)始、多次嘗試，研制出了手掌大小規(guī)格、內(nèi)部帶簡(jiǎn)單支撐筋的鈦合金空心風(fēng)扇葉片模擬樣件。當(dāng)團(tuán)隊(duì)成員滿懷工藝試驗(yàn)成功的喜悅，拿著樣件去和設(shè)計(jì)圖紙對(duì)比時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)葉片的型面剛好與圖紙相反！這似乎是一個(gè)“下馬威”。此次失誤的損失固然可承受，但卻時(shí)刻警示團(tuán)隊(duì)成員：絲毫馬虎就足以毀掉成功。

2005年，在國(guó)家相關(guān)研究計(jì)劃的支持下，鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片項(xiàng)目終于得以啟動(dòng)，李志強(qiáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)全力投入到葉片試驗(yàn)件的研制中。

歷時(shí)6年，經(jīng)過(guò)成百上千次的工藝試驗(yàn)和數(shù)據(jù)迭代，李志強(qiáng)和團(tuán)隊(duì)滿懷信心帶著幾十件空心葉片試驗(yàn)件到沈陽(yáng)進(jìn)行振動(dòng)疲勞性能測(cè)試。然而，試驗(yàn)結(jié)果卻讓所有人傻了眼：絕大多數(shù)葉片在試驗(yàn)臺(tái)上堅(jiān)持不到1小時(shí)就發(fā)生了斷裂，只有個(gè)別葉片的性能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)追求的是絕對(duì)安全，在其20-30年的全壽命周期，要求風(fēng)扇葉片10億次循環(huán)的性能穩(wěn)定。為滿足如此嚴(yán)苛使用環(huán)境下整個(gè)風(fēng)扇在全壽命周期的結(jié)構(gòu)可靠性，全部考核葉片穩(wěn)定通過(guò)振動(dòng)疲勞測(cè)試是基本要求，不允許哪怕一片葉片出現(xiàn)過(guò)早斷裂。

那個(gè)性能指標(biāo)最好的葉片，成了黑暗中的一束光，給予了團(tuán)隊(duì)莫大信心，讓團(tuán)隊(duì)很快走出了試驗(yàn)失敗的陰霾，燃起了再戰(zhàn)的斗志。大家都明白，試驗(yàn)的失敗并不是因?yàn)檫\(yùn)氣差，背后一定存在著科學(xué)問(wèn)題沒(méi)有真正解決。

找不準(zhǔn)問(wèn)題的方向，就無(wú)從下手制定解決問(wèn)題的方案。2011-2013年，是李志強(qiáng)最勞心的兩年。已擔(dān)任總工程師的李志強(qiáng)，白天行政工作繁忙，下班后還會(huì)準(zhǔn)時(shí)參加項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)會(huì)議，帶領(lǐng)技術(shù)人員分析并驗(yàn)證工藝和數(shù)據(jù)，試圖從中找出問(wèn)題的原因，尋求解決的方案。

團(tuán)隊(duì)成員蓋鵬濤說(shuō)，“回想起來(lái)，那時(shí)候最怕現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)。”“你說(shuō)噴丸強(qiáng)度是這個(gè)參數(shù)，如何證明？”李志強(qiáng)的一再追問(wèn)，每次都會(huì)讓團(tuán)隊(duì)成員出一身冷汗。在科學(xué)問(wèn)題面前，李志強(qiáng)嚴(yán)肅且謹(jǐn)慎，絕不容許絲毫偏差;但是在討論問(wèn)題時(shí)，他卻鼓勵(lì)大家，“空心風(fēng)扇葉片制造是一個(gè)全新未知領(lǐng)域，討論技術(shù)問(wèn)題，不要有心理負(fù)擔(dān)，要敢于思考和質(zhì)疑，不迷信任何人甚至學(xué)術(shù)權(quán)威?！?/p>

空心風(fēng)扇葉片外形彎扭掠、空間變壁厚、內(nèi)部密集桁架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及多次高溫?zé)嶙冃喂に囘^(guò)程，使得其外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)精度以及材料性能控制難度極大，而恰恰振動(dòng)疲勞試驗(yàn)又對(duì)以上制造偏差極其敏感，實(shí)現(xiàn)疲勞壽命穩(wěn)定控制的難度可想而知。通過(guò)翻閱大量相關(guān)文獻(xiàn)資料、梳理思路、分析原因、系統(tǒng)歸集問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)最終確定了以控制葉片宏、微觀應(yīng)力集中為主線，重點(diǎn)解決整體結(jié)構(gòu)精確成形、進(jìn)排氣邊自適應(yīng)加工、材料性能主動(dòng)控制、內(nèi)外應(yīng)力協(xié)同調(diào)控四大瓶頸技術(shù)的詳細(xì)攻關(guān)方案。

就結(jié)構(gòu)精度來(lái)說(shuō)，空心葉片沿弦向、展向均為變壁厚結(jié)構(gòu)，既要保證氣動(dòng)外形精度，又要保證空心桁架內(nèi)型精度，如何實(shí)現(xiàn)精確成形，工藝上如何控制？這又是一個(gè)新課題。另外，從內(nèi)外應(yīng)力調(diào)控的角度，實(shí)心葉片的噴丸工藝參數(shù)對(duì)空心葉片顯然不再適用。葉片厚薄不一、有無(wú)桁架連接之處，為達(dá)到最佳疲勞性能，噴射強(qiáng)度的參數(shù)又該如何控制？一個(gè)個(gè)具體問(wèn)題逐步浮出水面。

又經(jīng)過(guò)四年攻關(guān)，1500多件試驗(yàn)件，17000多個(gè)小時(shí)試驗(yàn)，前后10余輪的結(jié)構(gòu)和工藝改進(jìn)，從材料、工藝、裝備、加工制造到試驗(yàn)測(cè)試全過(guò)程，保證葉片疲勞性能最優(yōu)的結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，終于一個(gè)個(gè)被解決了。

李志強(qiáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)乘勝追擊，攻破了葉片振動(dòng)疲勞這個(gè)最大的技術(shù)難題，并順利通過(guò)了葉片鳥(niǎo)擊試驗(yàn)，為風(fēng)扇葉片在大客發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)上裝機(jī)應(yīng)用掃清了障礙。

“商用發(fā)動(dòng)機(jī)上驗(yàn)證成功只是前進(jìn)中的一小步，鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片研究和應(yīng)用仍有很長(zhǎng)的路要走?！崩钪緩?qiáng)介紹到，“我們所處的位置，我們的角色，就是要不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展現(xiàn)有技術(shù)并研發(fā)新技術(shù)。作為軍工科研院所的一員，要把任務(wù)壓力作為創(chuàng)新的源泉和動(dòng)力，坦然接受挑戰(zhàn)，去研究更先進(jìn)的技術(shù)，促使其螺旋式上升、前進(jìn)?！边@是李志強(qiáng)的心聲，也是時(shí)至今日，他對(duì)年輕科研工作者的期望。

團(tuán)隊(duì)成員韓曉寧談到，“多年來(lái)，李院長(zhǎng)的職位雖發(fā)生了變化，但對(duì)技術(shù)研究的執(zhí)著與熱愛(ài)從未改變?！?/p>

技術(shù)攻關(guān)，靠的不僅是力氣和運(yùn)氣，更多是智慧與汗水的完美組合，以及艱苦磨礪中的咬牙堅(jiān)持。而能夠支撐一個(gè)人長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年初心不改，最根本的就是心中的信仰與夢(mèng)想。于李志強(qiáng)來(lái)說(shuō)，這份信仰與夢(mèng)想，就是航空?qǐng)?bào)國(guó)。正因如此，他才能夠在別人放棄的時(shí)候堅(jiān)持，能夠在遇到問(wèn)題時(shí)攻克難關(guān)，能夠始終確保自己的研究興趣與祖國(guó)航空事業(yè)同向，承載科技工作者的應(yīng)有使命。

匠心夢(mèng)、航空夢(mèng)

正如李志強(qiáng)所講，科學(xué)和藝術(shù)是相通的，科研人員總是期待科學(xué)蘊(yùn)含藝術(shù)之美，這或許是他執(zhí)著于鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片研制的另一原因所在。作為一名航空科技工作者，他最大的心愿就是不斷用新的制造技術(shù)托舉國(guó)之重器比肩世界、超越世界，這也是萬(wàn)千航空科技工作者共同的航空夢(mèng)。

責(zé)編/高妍

李志強(qiáng)，973項(xiàng)目技術(shù)首席，國(guó)際先進(jìn)材料超塑性學(xué)術(shù)委員會(huì)委員，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)塑性工程分會(huì)超塑性專業(yè)委員會(huì)主任委員，中國(guó)航空學(xué)會(huì)制造工程分會(huì)主任委員，英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)兼職教授，International Journal of Lightweight Materials and Manufacture 等期刊主編，是我國(guó)金屬超塑性成形領(lǐng)域的學(xué)科帶頭人之一，長(zhǎng)期從事金屬超塑性、超塑成形/擴(kuò)散連接（SPF/DB）、旋壓等塑性加工技術(shù)和專用裝備研究，為我國(guó)多型重大武器裝備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件研制生產(chǎn)和關(guān)鍵工藝裝備自主保障作出了突出貢獻(xiàn)。