那一年的9月7日,一架外形不属于90年代的战斗机——F-22,在美国人的欢呼声中腾空而起。
从此,人类空战的规律,被彻底改写了,我能打你,你打不到我的时代,正式到来。
而那时,中国的歼10刚刚试飞了几个月,960万平方公里的国土,只能靠几十架进口的苏27苦苦支撑。
可哪怕是宝贝一样的苏27,在F22的代差碾压面前,也只有送菜的命。
于是,F22成了所有中国军人和军迷的噩梦。
那时歼8最大速度2.2马赫,但只能维持几分钟,不能长时间超音速巡航。
而F22装备两台F119发动机,推重比超过10,最大速度2.25马赫,哪怕不开加力,也能实现1.5马赫的超音速巡航。
所以美国人断言,中国航空工业的落后是全方位的,都快21世纪了,中国连一台合格的涡扇发动机都造不出来,想造出五代机?下辈子吧!
但他们永远都不会明白,当一个拥有五千年文明的古老国家被逼上绝路时,会爆发出怎样恐怖的能量。
于是,几代中国航空人,踏上了一条漫长、艰难、填满了屈辱与血泪的逆袭之路。
故事,还要从1950年,麻省理工学院一个“盗火者”说起。
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和很多人的印象不同,中国在涡扇发动机领域的起步,其实并不晚。
不仅不晚,中国人甚至还是全世界涡扇发动机的“理论祖师爷”。
这位祖师爷,名叫吴仲华。
吴仲华是江苏苏州人,1935年考入清华大学机械系,1943年进入麻省理工读博士。
毕业后,吴仲华进入NACA(NASA前身)的刘易斯喷气推进实验室,从事航空发动机研究。
当时,全世界的航空发动机,正处于涡喷向涡扇过渡的阶段。
涡喷发动机是德国人发明的,原理其实很简单,把空气吸进来,疯狂压缩,喷油点火,然后从尾部喷出燃气,推动飞机。
虽然相比螺旋桨飞机来说,它的速度更快,但缺点也很明显,那就是太费油,滞空时间极短。
德国人当年有了革命性的ME262喷气机,却没能扭转战局,就是因为ME262航程太小了,只有400多公里,打不了几分钟就要回来加油。
那怎么才能让战机飞得又快、推力又大,还省油呢?
工程师提出,在涡喷发动机的前面,加一个风扇。
这样一来,空气吸进来后,就会兵分两路。
一路走“内环”(内涵道),进入核心机,像涡喷一样压缩、燃烧。但它产生的高温燃气,主要的任务不是往后喷,而是用来驱动前面的风扇。
另一路走“外环”(外涵道),被风扇直接向后吹出去,推动飞机。
现代涡扇发动机70%到80%的推力,其实都是风扇提供的。
相比涡喷,涡扇发动机推力更大,噪音更小,而且省油!它不仅能让战斗机轻松飞几千公里,还能推动民航客机洲际飞行。
但是呢,涡扇发动机太复杂了。
空气要在发动机里兵分两路,还要穿过那些每分钟几万转的高速叶片,气流在三维空间里的运动变得极度混乱狂暴。
所以当时的工程师,根本不知道这种混乱的气流该怎么控制,也不知道风扇叶片应该设计成什么形状。
就在这个时候,吴仲华犹如普罗米修斯盗火一般,创立了“叶轮机械三元流动理论”,把极其复杂的三维气流,拆解成两组可以计算的流面,彻底破解了气体在涡扇发动机复杂三维空间里流动的奥秘。
三元流动理论手稿
这套理论一出,震惊了整个西方航空界,他们根据这一套理论,很快实现了涡扇发动机零的突破。
一直到今天,全世界的涡扇发动机,有一个算一个,都凝结着吴仲华的智慧。
按照正常的逻辑,吴仲华一定会留在科研条件更好的美国,生活优渥地度过幸福的一生。
可是,朝鲜战争爆发了。
1950年11月27日,伍修权代表新中国首次亮相联合国安理会,控诉美国对中国的侵略。
当时坐在台下旁听的,就有吴仲华。
伍修权的演讲震惊了吴仲华:美国正在侵略中国,自己作为一个中国人,怎么能为美国军方服务呢?
于是,他主动辞去NACA的工作,开始秘密筹划回国。
1954年8月,他利用周日移民局关门的机会,全家只带轻便行李,对外谎称去欧洲度假,从纽约出发,绕道英国、瑞士、奥地利、捷克斯洛伐克,经苏联,历经半年多的辗转,才在1955年初回到祖国怀抱。
他带着世界最先进的涡扇发动机理论回来,想要为祖国造出世界上最强大的巨龙之心。
可是,现实给了他当头一棒。
国家不是不重视吴仲华,上来就安排他当中科院力学所副所长,地位仅次于所长钱学森,但问题在于,国家的工业底子实在是太差了。
当年教员同志感慨地说:“现在我们能造什么?能造桌子椅子,能造茶碗茶壶,能种粮食,还能磨成面粉,还能造纸,但是一辆汽车、一架飞机、一辆坦克、一辆拖拉机都不能造。”
连拖拉机都造不了,更何况当时人类工业的明珠涡扇发动机呢?
涡扇发动机的燃烧室里,温度高达1700℃到2000℃。
这是什么概念?我们生活中常见的钢铁,在1500℃左右就化成铁水了。
而涡扇发动机里的涡轮叶片,不仅要长期忍受这种高温,还要以每分钟上万转的速度疯狂旋转。
一片只有几十克重的涡轮叶片,要承受相当于两头成年大象的拉力,不能断、不能变形、不能化掉!
怎么办?
第一,搞出单晶高温合金,把金属内部的晶界全部消除,让金属变成一整块单一晶体,使其异常坚韧。
第二,在叶片内部掏出微小冷却通道,还要在表面打上无数小孔,这样一来,高压冷空气从这些小孔喷出,能在叶片表面形成一层“气膜”,保护叶片在高温中正常运行。
这太难了,材料需要千万次的试错就不说了,就说打孔,哪怕偏一点点,叶片可能飞着飞着就断了。
所以,现在能造原子弹的国家有9个,但能造顶级涡扇发动机的国家,只有4个。
正因为如此,吴仲华就算满身神装,也没有用武之地。
吴仲华只能先搞理论研究,甚至在特殊历史时期还饱受冲击,部分手稿、科研资料遭到损毁,主持的科研项目全面中断。
而与此同时,美国人和苏联人正拿着他的三元流理论,疯狂迭代,统治了全球的天空。
70年代,中英开始引进“斯贝”涡扇发动机的谈判,当时的英国专家很奇怪,问中方人员:“你们中国有吴仲华,为什么要买斯贝?”中方谈判人员无言以对。
这种心酸,是那个时代中国工业悲剧的缩影。
不过,中国人从不服输,没有条件,拿命去填也要搞!
这个拿命去填的人,叫吴大观。
吴大观原名吴蔚升,江苏扬州人,西南联大航空系毕业,1944年,吴大观被派往美国莱可敏航空发动机厂和普惠公司深造。
在那里,他第一次见识到了代表人类工业巅峰的喷气式发动机的零件是如何加工出来的。
相比吴仲华这样的理论专家,吴大观这样懂工程的专家,更适合主持中国的航发工业。
1956年,沈阳410厂,吴大观主持组建了新中国第一个发动机设计室。
没有厂房,就在野兔出没的荒地里搭棚子。没有测绘仪器,他就把从美国带回来的六管收音机拆了,让年轻技术员练手感。
就是靠着这种拼劲,1958年,吴大观带领团队,竟然奇迹般地手搓出了新中国第一台喷气式发动机——“喷发-1A”。
然后他又领导606所,拿涡喷-6发动机,魔改出了中国第一款涡扇发动机——涡扇5。
你以为迎接他的是功成名就?不,历史的磨难才刚刚开始。
先剧透一下吧,究其一生,吴大观主持的涡扇发动机,全部失败下马!
其中最让人心痛的,就是涡扇-6。
60年代,中国国防压力陡然增大,北边百万苏军陈兵边境,南边越南战争如火如荼,美军飞机越境事件时有发生。
面对美苏两个超级大国的双重威慑,中国空军上马了一个新项目:歼-9。
按道理说,研发新飞机是好事情,但在那个特殊的年代,好事情想办好,太难了。
在中国的航空工业史上,有一个特色,叫“项目制”,也许它对飞机研发是好事,但对发动机来说,那就是灾难。
简单来说,就是国家极少专门拨钱去搞航空发动机的基础研发,发动机想立项,必须“傍大款”,也就是必须跟着某一款新型战斗机一起立项,它的所有经费、资源,全仰仗着飞机。
这样会带来两个问题:
第一,飞机搞成了,如果发动机搞不成,飞机就完蛋。
第二,如果发动机搞成了,飞机下马了,对不起,发动机也要跟着陪葬。
这一顽疾,从一开始就困扰着中国航发工业。
吴大观的涡扇-5之所以下马,就是因为它配套的“轰5改”下马了,于是涡扇-5也跟着下马了。
然后,这一悲剧,再次在涡扇-6上上演了,而且更为惨烈。
歼9的设计指标相当激进,要求“双二五”,速度2.5马赫以上,升限2万5000米以上。
而要让歼-9达到这个技术指标,那么它配套的发动机涡扇-6的推力,就要达到12吨以上!
1965年搞12吨发动机?开什么玩笑?
苏27的AL31F发动机开加力,推力也才12吨啊!而且人家是1973年立项的。而装备美国F15和F16战斗机的F100发动机,推力也就10吨多一点。
只能说,勇是真的勇,1958土法炼钢,1965就敢搞12吨发动机了。
更可怕的是,涡扇-6这个项目从一开始,就带着巨大的硬伤。
第一大硬伤,叫“新发配新机”。
在世界航空界,有一条规律:新研发的飞机,一般要用成熟可靠的老发动机;而新研发的发动机,一般要先装在成熟的老飞机上试飞。
因为如果两个都是新的,一旦在空中出了险情坠机,你根本不知道故障是飞机的问题,还是发动机的问题。
但在那个年代,却非要吴大观搞涡扇-6去适配歼-9,新发配新机。
第二大硬伤,就是基础太薄了。
当时的中国,不要说各种特种材料了,就连最基础的测试设备都没有。
西方研发大推力涡扇发动机,必须要把发动机放进“高空模拟试车台”里,模拟几万米高空的低温、低压和稀薄氧气。
可当时的中国,去哪里找这种高空台?
没有高空台,吴大观和工程师们只能在地面上拿土办法硬吹;没有特种合金,工人们就拿着锉刀,一丝一丝地锉出钛合金叶片。
第三个硬伤最要命,就是甲方的要求总是变来变去。
歼9项目1964立项论证,第一个方案是沈飞601所做的,采用两侧进气、常规三角翼布局。
风洞发现这个方案高速好,但中低空机动差,1966年又改成无尾大三角翼布局(类似幻影-Ⅲ),取消水平尾翼,提升机动。
但问题又来了,无尾三角翼升降舵力矩不足,操纵难度极大,没有电传飞控根本很难驾驭,于是1968暂停无尾方案,又退回原来布局。
可没等好好搞呢,三线建设来了,歼-9全套任务连同300多名技术人员,从沈阳601所搬迁到成都,成立611所。
刚搬到成都,甲方又临时改需求,希望兼顾远程护航,指标下调到M2.2,升限20km,加大航程,设计被迫重新调整。
还没改完,甲方又来了新要求,要针对超音速轰炸机威胁,把指标提高到“双二六”,2.6马赫,升限26000米。
好家伙,2.6马赫,连“热障”都无视了!
611被迫探索全新路线,改成鸭式布局,这也就为后来的歼10和歼20埋下了伏笔。
但你们改来改去,有没有考虑到发动机团队的感受啊!
航发工业基础本来就差,指标一改再改,让吴大观怎么办?
而且因为任务催得紧(要求60年代末试飞),所以涡扇-6一立项就充满了大跃进色彩,没有走“核心机——型号机——系列化”这种科学路线,而是大干快上,1964年立项,1966年就完成了图纸绘制,1969年就把2台样机给造出来了!
快是快了,但吴大观一辈子的英名,就毁在了这两台样机上了。
本来,吴大观就因为长期高强度工作,左眼已经生病,正准备做手术治疗的时候,特殊历史时期到了,他被从医院抓走,拉去批斗、关牛棚。
造反派给他安了个“特务”和“走资派”的罪名,用鞭子打他,要他交代是如何从美国回来的,甚至有人怀疑他的眼睛里安装有美国特务的微型照相机,拿强光照他,最终吴大观的左眼视网膜脱落,彻底瞎了。
70年代初,吴大观虽然恢复了工作,但样机已经造好了,没办法,他只能给这个先天不足的样机擦屁股。
可是因为当年的混乱,大量部件之间性能匹配与协调运转存在巨大缺陷,而试制部件不足,更是让各种乱七八糟的故障根除起来极为艰难,穷尽手段仍然不见回天。
在东北零下二十多度的寒夜里,为了避开白天的工业用电高峰,瞎了一只眼的吴大观,穿着破旧的黄大衣,坐在四面漏风的敞篷卡车车厢里,顶着暴风雪去郊外的试验基地。
条件艰苦倒也罢了,关键是样机实在不争气。
因为叶片角度不对,压气机喘振,火焰直接喷出几米远。转子动力学设计、装配平衡经验不足,导致整机振动超标。而且因为材料不行,涡轮叶片寿命只有几十小时,超出了就断裂飞出击穿机匣。
每一次故障,领导拍桌子,工人们流眼泪,但擦干眼泪后,吴大观带着人又得带着工人把碎片捡起来,猜测到底是哪出了故障。
一次次的失败把吴大观折磨得快疯了,他在自己的工作日记本上,写下了一句恨铁不成钢的话:
“什么时候,能拿出你们自己的产品来献给党?!”
不敢想象的是,就是在这样的条件下,吴大观硬是凭着这股近乎疯魔的轴劲儿,把涡扇-6的推力推到了12.2吨的及格线上!
1982年,涡扇-6定型,根据综合评估,已经接近了当时美国F-15早期使用的F100发动机水平。
如果涡扇-6能顺产,中国可能提前20年拿到自己的三代机。
可是,“项目制”的诅咒又来了。
80年代初,国家战略发生重大调整,军队要忍耐,一切为经济建设让路。
国防预算被大幅削减,空军根本不需要也买不起歼-9这种昂贵的截击机,同时611所又要承担歼7Ⅲ仿制任务,精力被分散,歼13新方案也出来分流资源,再也无力搞歼9了。
于是,歼-9正式下马了。
皮之不存,毛将焉附?
1984年,耗资上亿、倾注了上万人20年心血的涡扇-6项目,被迫全面下马。
下达命令的那一天,吴大观抚摸着涡扇-6冰冷的外壳,老泪纵横,哭得撕心裂肺。
事后,吴大观痛定思痛分析了涡扇-6的问题:
“显而易见的认识是由于60年代初,发动机行业中没有认真做好技术基础建设,缺少技术储备,在左的思潮影响下,急于研制像涡扇-6那样在当时继承技术太少,创新技术太多,性能指标较先进的大推力加力式涡扇发动机,冒的风险很大,这是难以研制成功的主要原因之一,教训至为深刻。”
“40多年来大量事实表明,航空发动机的落后局面,并不是什么发动机研制有了高精技术上的拦路虎,主要是在工作中有大量的思想问题,方法上的问题,发动机科研工作管理跟不上研制发展的需要。”
涡扇-6的夭折,成了吴大观一辈子无法愈合的伤疤。
离休后,吴大观一直住在简陋的房子里,不要新分配的房子,他觉得自己没能尽早让中国飞机换上“中国心”,心中有愧。
不知道是不是为了“赎罪”,他连续46年,每年把大半的工资作为“多交党费”捐给国家,甚至在临终前,还将自己仅存的10万元积蓄全部上交。
2009年3月,93岁的吴大观躺在病床上,生命走向了尽头。
临终前,这位为中国航发燃尽了一生的老人,透过病房的玻璃,用仅存的右眼望着窗外的蓝天,留下了他最后一句话:
“我就要去见马克思了。天空多美、多迷人啊!可惜,我是看不到我们自己的大飞机,装着我们自己的发动机,飞上祖国的天空了……但我相信,总有那么一天……”
这,就是中国第一代航发人的绝笔。
回望这段历史,每一步突破背后,都是几代科研人的坚守、试错与遗憾。很多产业突围、大国博弈背后尘封的故事,我们都做了深度调研与整理。
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