《科技创新与品牌》杂志社院士天地

新中国飞机研制的历史性跨越

 

陈一坚院士


    陈一坚,1930年生,中国工程院院士。曾先后参与我国多项飞机的研制工作。1982年,由国防科工委任命为“飞豹”飞机总设计师,他以全新的设计理念、少量的投入研制出我国第一种既能攻又能防的歼击轰炸机,填补了我国歼击轰炸机的空白。“飞豹”的研制成功,标志着我国的飞机研制实现了从测绘仿制到完全自主研制的历史性跨越。


        1998年11月15日至22日,第二届中国国际航空航天博览会在珠海举行。在这次博览会上,中国自主研制的FBC-1歼击轰炸机—“飞豹”首次露面。通过一系列飞机性能的表演和展示,“飞豹”战机一下子成为当时轰动国内外航空界的一颗耀眼“明星”。时隔10年后的2008年11月,在第七届中国国际航空航天博览会上,经过改进和升级的新型“飞豹”再度亮相珠海上空,又成了本届航空航天博览会上令世人瞩目的军机亮点。
        2009年7月22日至29日,新“飞豹”再次出现在中俄“和平使命-2009”联合军事演习的阵容中,并以其出色的表现引起各国军方的高度关注。
        然而,有谁知道,“飞豹”从立项、研制、定型到装备部队,再到改进升级、批量装备部队,并迅速形成战斗力和威慑力的一代名机,走过的是一条多么艰难坎坷的自行研发之路啊!随着军力公开和军事透明度的增加,我国这种具有完全自主知识产权的新型战机,逐步揭开了其神秘的面纱。“飞豹”总设计师陈一坚,也才有可能逐渐由幕后走入公众视线。
 
        严峻的形势催生“飞豹”
 
        飞机的发明改变了世界,而当飞机广泛应用于军事领域时,则改变了战争形态,特别是经历了20世纪两次世界大战的实战考验,从而无可争辩地确立了飞机在现代战争中的重要地位和作用。
        朝鲜战争首次把空战推向喷气时代,但空中力量的运用和作战方式与二战相比没有太大的改变,基本上还是延续空军作为辅助军种的作战思想。如美军在作战飞机的运用上,一方面是争夺制空权,在战斗机的掩护下,出动轰炸机群对朝鲜后方的交通运输线、重要桥梁、发电厂等重要战略目标实施轰炸;另一方面,运用飞机对地面作战部队实施突击掩护。但由于当时技术条件的限制,飞机的续航能力有限,再加上只能用常规炸弹实施轰炸,所以,尽管美军掌握着制空权和空中优势,一次出动几十架甚至上百架飞机也难以达到预期的战略目标。
        越南战争期间,美国更是运用绝对空中优势,对当时的北越战略目标实施持续、大规模、地毯式轰炸,尽管给越南人民造成无法估量的损失,但美国依然难以达到预期的战略目的。这期间虽然飞机技术有了很大的改进,但在作战形式上仍然是沿用战斗机和轰炸机两种机型互补,其作战效能虽然大大提高,但对于战场态势并没有根本性改变。
        根据越南战争的经验,美国开始研制更适合战场需要的新型战机。这种飞机既能担负远程轰炸和对地攻击任务,同时也具备空中格斗能力。这一时期,世界军事思想尤其是空军作战思想发生了很大变化,因此,美、英、法、德、苏等欧洲国家都在大力发展这类具有强大打击力量的多用途战斗机—歼击轰炸机。
1974年1月19日,中国海军在西沙海域对越南侵占我西沙岛屿进行了英勇的自卫反击作战,虽然最终中国海军取得了这次自卫反击战的胜利,但也暴露出我军远海作战缺乏空中支援的严重问题。因此,中央军委以及空军和海军都迫切希望拥有一种既有空中作战能力,又兼有轰炸机性能的新型作战飞机。1976年6月,三机部下属各单位的设计精英汇集北京,被要求在最短的时间内提出各自的设计方案。
        1977年2月,国务院、中央军委常规装备发展领导小组批准歼击轰炸机—“飞豹”立项,并下达了型号研制任务。当时“文革”刚结束不久,国家面临的经济形势十分困难。尽管如此,国家还是拿出专项经费,用以研制这种在平时能起威慑作用,战时能取得局部战争胜利的“杀手锏”。然而,该项目启动不久,由于国家集中力量发展经济,军队装备建设处于“忍耐”阶段,因而飞机研制工作不能全面铺开,于是该项目只能“量力而行不断线”,主要是进行总体方案设计、布局和吹风试验等前期工作。
        1982年英阿马岛之战,创造了用小型导弹击沉大型水面舰艇的成功战例。阿根廷仅用1枚价值20万美元的AM39“飞鱼”导弹,一举击沉了英国造价2.3亿美元的最为先进的“谢菲尔德”号驱逐舰这一典型战例,引起了世界各国军方的广泛关注。马岛战争后,中国军方特别是海军也开始探讨轰炸机、水面舰只、潜艇三位一体的立体作战模式。于是,根据复杂的国际形势和严峻的国防安全需求,国务院、中央军委于1982年11月决定,“飞豹”研制计划全面启动。1983年4月19日,邓小平亲自批复“飞豹”继续列入国家重点型号飞机,从而使“飞豹”研制进入到全面设计的新阶段。
 
        立足于高起点“一机两用”
 
        “飞豹”研制工作立项后,根据军方提出的指标要求,航空工业有关厂、所先后多次召开方案审议会和成品协调会。起初,国家首先考虑这个新机种能够寻求与西方发达国家联合研制的可能,以加快研制速度。这时我国已经开始实行改革开放政策,也具备了与发达国家合作的条件。1979年,负责该项目的飞机设计专家陈一坚奉命随团到外国考察、论证、谈判。很快,德国方面的合作方案就出炉了,但是提出的合作条件非常苛刻,核心技术不给,要价竟高达21个亿,这样苛刻的合作自然难以成交。
        拿不到核心技术就意味着受制于人,合作再好也只不过是对人家产品的仿制,在以往与苏联的合作中我们就有深刻的教训。严峻的现实告诉我们,任何时候都不能依赖外援,自力更生才是我国航空工业建设和发展的唯一选择。
        1980年8月,陈一坚被航空工业部任命为西安飞机设计所副所长兼总设计师,1982年被国防科工委任命为“飞豹”飞机型号总设计师。陈一坚深知自己肩负重任,他带领他的团队开始进行历时十几年的不懈探索和艰难跋涉。
        根据中央军委常规装备发展领导小组的立项要求,新机种应作为当时部队现役装备轰-5的后继机,同时还是空军和海军共用的“通用型”飞机。对此,空军和海军依据自身所担负的作战任务,都对这种新机种提出很高的指标要求。把歼击机和轰炸机两种属性合二为一,在我国航空业还没有先例,研制这样一个全新的机种无疑是在填补中国航空工业的一项空白,同时也预示着这也必将是一条充满风险的艰难之路。
        歼击机的优点是机动性很强,可用于空中拦截和空战格斗;轰炸机的优点是续航时间长、载弹量大、可以实施对远程目标的战术攻击和战略打击。把这两种飞机的优点整合在一架飞机上,不仅是一种优势互补,更是一种战略突破。因为在此之前,我国的各型战机都是防御型的,是我国多年来实行的“积极防御”方针的产物。以往贯彻“积极防御”方针,只侧重于“防御”,因而在飞机设计上也偏重于歼击机。随着我国军事战略的调整,在贯彻“积极防御”方针上则更强调“积极”的一面,因为有效的“进攻”就是最“积极”的防御。这一战略思想的转变,为我国研制具有一定攻击能力的新型战机奠定了基础。
        对总设计师陈一坚来说,设计“飞豹”既是一次历史机遇,更是一种充满高风险的挑战。在飞机整体设计上,他立足于高起点和多用途。高起点,就是一定要保证新设计的飞机在世界航空领域能站得住脚,同时在国内必须是最先进的。然而,在上世纪80年代初期,我国的航空工业技术水准只相当于西方发达国家50年代的水平,这就意味着要用落后世界30年的技术和手段,来研制超前30年的先进飞机,这其中的难度可想而知。多用途,就是按军方的要求实现“一机两用”。设计的新型战机不仅要具备空中格斗能力,而且还具有很强的低空突防能力,还可以携带多种机载武器对地、对海等目标实施远程打击。
 
        突破常规采用全新的设计理念
 
        采用何种规范是设计飞机成败的关键。以往我国研制的飞机全部都是采用前苏联的规范,尽管这种规范已经落后,但我国已经掌握并积累了按前苏联规范设计飞机的经验。新型飞机的设计如果继续沿用前苏联规范,无疑是最稳妥的,同时还可以有效避免设计风险。
        然而,当中国代表团到西方发达国家考察后,发现国际上现行的军用飞机设计规范更为先进。在德国考察时,中国代表团发现德国的飞机设计规范摞起来竟有几人高,非常科学和严谨,而当时前苏联的飞机设计规范仅仅是几本册子,相比之下显得非常简单和粗糙。这时,陈一坚大胆设想,为什么我们不能突破常规采用更先进的飞机设计规范?
        回国后,陈一坚研究了大量外国军用飞机设计规范,好在当时我国大力推进改革开放政策,随着国门打开,西方对中国严密封锁的许多先进技术和资料也逐步解禁。这时,陈一坚不仅能看到美国E-4、F-15和F-16等飞机的资料,而且还把美国的军用飞机设计规范都翻出来,在反复研究比较的基础上,他大胆提出打破我国航空系统一直沿用的原苏联飞机设计规范体系,而采用国际上先进的军用飞机设计规范体系作为“飞豹”的主要设计规范。
        这一决策不仅需要非凡的勇气,而且还要承担难以预料的风险。陈一坚认为,如果不冒这个风险,就会永远“穿新鞋,走老路”。按老规范设计飞机自然不用冒风险,但也很难设计出能在世界航空领域立得住脚的先进飞机。为了保证新规范的顺利实施,作为总设计师的陈一坚一直走在推行新规范的前列。他一方面深入研究规范细则,并致力于吃透精神和消化吸收;另一方面,又组织设计人员对新老两种规范进行验算,然后再进行两相对照。这一做法,既证明了新规范的适用性,也充分展示了新规范的科学性和先进性,同时也消除了那些怀疑者和反对者的思想疑虑。在具体实施中,他还妥善地解决了新规范在实施中的协调和配套问题,使新型飞机的载荷、飞行品质、结构强度和整机系统设计的水平等,都跃上一个新台阶,不仅达到了国家下达的各项设计指标的要求,而且使飞机设计具有较大幅度的超前性,从而保证了飞机整体设计的先进性。
        众所周知,现代飞机研制的周期都比较长,一架成功的飞机使用寿命大约30~40年,而在研制过程中所进行一系列试飞和验证,大约需要十多年的时间,最后定型装备部队已经是十几年以后的事了,飞机列装后使用寿命大约也就20~30年。这就要求在设计飞机时必需要具有很强的超前意识,同时还要考虑新设计的飞机在几十年后仍然不能落后。用现有的技术条件来设计和研制几十年以后还不至于落后的飞机,其难度可想而知。为了解决这种特殊难题,通常在设计飞机过程中尽可能大量采用新技术、新工艺、新材料、新设备,以切实保证飞机设计的超前性。
        然而,在新技术应用方面仍然具有很大的风险。国际上通行的做法是,新设计的飞机一般新技术的采用量不超过20%。另外,国际上的统计规律认为,当一架新设计飞机的新技术采用量如果超过了40%,那么这种飞机的成功率只有 50%,甚至小于50%。而我们中国人设计的“飞豹”所采用的新技术就达到了40%。陈一坚认为,追求先进,就要冒50%失败的风险,所有的设计人员都知道有这个风险,但明知山有虎,偏向虎山行。
        在具体方案设计中,陈一坚认为,所有局部的最优机械地叠加起来并不等于全局的最优。他运用唯物辩证法,始终坚持宁可牺牲局部最优也应求得全局最优的设计思想。这位总设计师认为自己的责任就是把所有的最优妥善地取舍、妥善地协调、妥善地处理,最后把它们有机地综合在一起,形成整体最优。因此,陈一坚和他的团队立下誓言,就是无论冒多大的风险,也要给空军和海军部队研制出满意的装备。
        不仅如此,在应力分析方法上,陈一坚提出了全面开发应用有限元法代替传统的工程梁法,实现了从局部求解到全机求解的重大飞跃。陈一坚在全机静力试验中,经过反复的科学论证,提出了达到67%的设计载荷即可首飞的决断性意见,这是对以往达到100%设计载荷方能首飞的传统做法的重大突破。从而大大缩短了“飞豹”的研制周期。
 
        “飞豹”首飞历险
 
        设计再好的飞机最终也要通过试飞来检验。为此,一位德国飞行员曾这样说过:“设计一架飞机并不难,制造一架飞机也没什么了不起,只有飞行才意味着一切。”这段著名的话,说明了研制一架飞机的关键所在,因而被国际航空界常常引用。
        1988年12月14日,对中国航空界来说是一个特殊的日子,因为在这一天中国自行研制的第一架超音速歼击轰炸机“飞豹”将进行首飞。执行首飞任务的是被中央军委授予“试飞英雄”称号的空军某试飞团团长黄炳新。
        当“飞豹”战机被牵引到起飞线时,有多少双眼睛在关注着它!国家、军队及中航领导和有关飞机研制厂、院、所领导和科技人员等,都亲临现场观看“飞豹”首飞。西安飞机制造厂 1万多员工全部停工,也来到现场观看和见证这一重要历史时刻。
        首席试飞员黄炳新对这次首飞充满自信,但也做好最坏情况的思想准备。临上飞机前,黄炳新把办公室钥匙悄悄交给试飞团副政委周贵鲜,并对他说:“周副政委,今天飞行万一有个闪失,我办公室抽屉里有一封信,也可以说是遗书。我飞行这么多年,这是第一次写遗书,因为这次飞行太重要、太关键了……”黄炳新在遗书里写了三句话:一是即使我这次试飞“飞豹”牺牲了,为了国防发展也是值得的;二是里面的钱是我牺牲前交的最后一次党费;三是要求家里人不要给组织添麻烦。周贵鲜听后热泪盈眶,激动地紧紧握住了黄炳新的手……
        此时此刻,心里最紧张的一个人就是总设计师陈一坚,因为首飞是对所有研制人员十多年来心血的直接检验,不仅关系到“飞豹”的命运,而且还关系到试飞员的安危。他不知道自己能不能承受住这种巨大的压力,试飞前他特意叮嘱女儿带上一瓶救心丸,万一他顶不住就给他嘴里塞上救心丸。
        起飞时间临近了,黄炳新激动地跨进“飞豹”座舱,这时满头银发的总设计师陈一坚再次紧握黄炳新的手说:“老黄同志,拜托你飞我设计的飞机!有把握完成任务吧?”黄炳新回答说:“陈总,请放心,只要飞机空中不解体,只要飞机上的两台发动机有一台在转,哪怕其他仪表全部失灵,我也保证能把它飞回来!”
        “啪!”随着一颗绿色信号弹升起,黄炳新驾机在发动机的轰鸣声中直射蓝天。起初,试飞比较顺利,按首飞预定方案,他驾机飞到预定高度,改平后进入航线盘旋,然后按试飞方案检测各系统的工作情况。
        然而,在飞机着陆时,前起落架发生“摆振”,导致飞机振动,座舱仪表模糊……黄炳新没有想到首次试飞就遇到这样的险情!
        黄炳新毕竟是经验丰富的老试飞员,他立即按特殊情况处置预案采取紧急措施……“飞豹”终于稳稳地停在了跑道上,凝聚了航空人十多年心血的飞机终于首飞成功!
        试飞现场的人群一齐涌向“飞豹”,涌向正在走下飞机的黄炳新。人们挥动着鲜花无法隐忍那种惊险之后的激动,总设计师陈一坚流泪了,试飞团副政委周贵鲜流泪了,黄炳新的爱人陈文惠也流泪了,而我们的试飞英雄黄炳新更是泪如泉涌。此时此刻,谁人能不为“飞豹”成功首飞而落泪呢!
        随后,陈一坚立即组织技术人员分析研究前起落架摆振的原因,很快就发现是由于阻尼器参数不匹配造成的,改后故障即排除,为后续试飞创造了有利条件。                

                (未完待续)