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不断夯实基础技术 助力航空工业快速发展
2018-08-30 03:44

  2018年,我们迎来了改革开放40周年。改革开放是决定当代中国历史的转折点。在过去40年,中国社会发展取得了举世瞩目的重大成就。一滴水可以反映出太阳的光辉,一个领域的发展可以折射一个时代的风貌。航空基础技术领域的创新发展就是中国40年改革开放成就的一个缩影。在中国的带领下,航空人40年众志成城、砥砺奋进、春风化雨,不断夯实基础技术,托举航空工业发展,谱写出一卷壮丽的篇章。

  改革开放之前,航空基础技术一直比较薄弱和落后,一是技术落后,二是条件能力薄弱,还很艰苦。当时,作为结构强度试验基地的航空623所根据“靠山、分散、隐蔽”的三线建设原则,扎根距陕西省耀县县城10千米的苏家店,“立足山沟胸怀祖国看世界,献身革命志在四方图创业”,而其热强度部则位于100多千米外的长安县高冠峪。此外,航空空气动力研究院的前身626和627两个研究所仅有三座风洞(FL-1、FL-5和FL-8);而301、304、628三个研究所和档案馆虽在北京,但条件都较为简单和落后。

  改革开放后,特别是从1999年起,党和国家自主研制国防装备的意志越来越坚定,对航空基础领域能力提升越来越重视。航空基础技术能力建设队伍,锐意进取、拼搏奉献,激情开创出了一条不平凡的发展之路。航空工业旗下综合所怀柔新区、强度所阎良新区和上海基地、气动院沈阳及哈尔滨新区相继开工建设并陆续建成,计量所、发展中心新科研办公大楼相继投入使用,档案馆基础能力得以提升。航空工业瞄准国际水平,建成了国内规模最大、试验技术国际一流的全机静力/疲劳试验室,建成FL-10、FL-62风洞和气候实验室等一批“国之重器”,填补了国内空白。

  在气动条件建设方面,改革开放之初,为满足科研生产需要,先后开展建设了FL-2风洞,并对FL-8风洞实施了升级改造,补齐了高低速生产型风洞设备短板。尤其2000年以后,风洞建设加快步伐,建设了一批先进大型风洞设施。如FL-9低速增压风洞和1.6米高速风洞(FL-3)建成并投入使用。目前,气动试验设施分布已形成“一院、两地、四区”的格局。FL-51风洞一期建设内容已全面投入型号应用;FL-61风洞已初步具备常规试验能力,并承担多期型号试验任务;2米声学风洞顺利通过可研评审;FL-10风洞已初步具备常规试验能力,填补了我国回流式大型低速风洞的空白,使我国具备了比肩世界上最先进的德荷低速风洞的基本条件。该风洞的投入运行,对各类军民用航空飞行器及其他气动力相关产品的研制起到了巨大的支撑保障和技术推动作用,具备向直升机、航空声学以及民用空气动力学等领域扩展的潜能;FL-62风洞建设正按计划推进。

  在结构强度试验基地建设方面,40年来,先后经历了自强不息谋发展、巩固地位渡难关、抢抓机遇蓄力量、快速发展创辉煌等历史时期,布局也发生了巨大变化。航空工业强度所从渭北高原到文化浓厚的古城西安,从三秦大地再到黄埔江畔,一大批先进试验室拔地而起,一大批新兴专业填补空白,综合能力得到大幅度提升。目前,结构强度专业已形成“一个总部、两个新区”的运行格局,即以西安总部为行政中心、创新中心,阎良新区为军机科研中心,上海分部为民机科研中心,各项能力基本满足我国军民机研制需求。从改革开放后几年完成一项型号结构强度试验任务,到目前一年完成多项型号任务,背后离不开能力建设的提升。

  在通用技术基础的条件建设方面,航空工业综合所怀柔北区建成并投入使用,从“一所一区”向“一所两区”布局发展。该所研制的国内首台电动三轴六自由度振动试验系统,满足了高性能多轴向复杂振动环境模拟需求;建设的40立方米大型快速温度变化试验箱,为航空武器装备系统级可靠性试验提供了利器。航空工业计量所研制了一系列几何量标准装置,为数字化制造技术提供有力的计量保证;建立了国内最完备的动态温度和流速校准风洞群,解决了航空发动机、高超声速飞行器研制试验中准确测量的难题;研制的一系列振动冲击标准装置,覆盖振动、冲击领域全参数、全量程,完全可以满足国防武器装备对结构完整性、可靠性等计量需求;正弦、脉冲、阶跃等不同激励类型的动态压力校准装置,技术指标达到国外同类设备的先进水平。航空工业发展中心牵头建成了国防科技工业数字图书馆,增强了国防科技情报的快速反应能力和信息资源保障能力,是国防科技情报领域基础能力的一次飞跃,是建设信息化国防科技工业的一项重要成果。航空工业档案馆通过基础设施改造,提升了档案存储环境和条件。

  一代基础,一代装备。航空基础技术在整个航空武器装备研究过程中占据着先行性、基础性地位,直接关系到装备的战技/性能指标的实现。航空基础技术的跨越性和颠覆性创新,为航空武器装备设计和研制提供了全新的思路和模式,引领航空武器装备的性能提升和更新换代,推动航空武器装备发展的重大变革,促进飞行器的跨代发展。每一次飞机型号跨越发展的背后都有坚实基础技术的支撑。

  强军是航空工业的首要职责。支撑航空装备的研制和生产,是航空基础技术的重要使命。改革开放之初,我国航空型号主要是以“测绘仿制”为主的二代机,民用飞机几乎空白。40年后的今天,我国航空武器装备实现跨越式发展,尤其是以歼20、运20、歼15、直10等为代表的新一代航空作战力量相继亮相,并陆续装备部队;民机方面,C919、AG600实现首飞,CR929、“新舟”700开始立项研制。这些成就,国人无不为之动容和激动不已,每架战机背后都有基础技术的强大支撑,都凝结着基础技术人员的心血和汗水。从航空装备设计阶段的气动试验、气动和结构优化设计,再到飞机研制后的整机强度和疲劳试验,以及贯穿研制全过程的标准、计量、情报、档案、环境试验、可靠性、适航等,无不包含着航空基础技术的身影和贡献。

  40年前,我国对气动试验的依赖程度不高。随着我国航空装备的自主创新发展,对气动专业发展提出了迫切需求。每一新型气动布局在装备上的应用,都依赖气动技术的突破和提升;每一自主研制型号首飞的背后,都离不开大量的气动试验。航空工业气动院为我国飞行器研制进行了数十万次的高、低速风洞试验,参与了国家几乎所有重点飞机型号的研制工作。从常规测力试验、载荷试验,再到动力模拟试验、CTS等风洞试验为众多型号提供了可靠的优化支撑数据。歼10飞机的气动布局方案共计完成了30多轮试验,解决了事关歼10飞机总体布局、起降性能、操纵性、机动性、安全性等诸多技术难题。40年来,从我国自主研制的以“前鸭翼,后三角翼”气动布局的歼10实现首飞,到歼20等为代表的新一代航空作战力量相继亮相,再到采用“超临界机翼”C919实现首飞,这背后离不开航空气动人40年的辛勤付出与汗水和40年的技术积累与储备。

  结构强度试验是飞机研制流程“设计、制造、试验、试飞”中的第三棒。尤其全机强度试验是保证飞机飞行安全的重要手段,也是飞机首飞前必须发放的第一张通行证。强度所作为我国航空工业唯一的飞机强度研究、鉴定与验证中心,具有代表国家对新研制飞机强度进行验证、并给出鉴定结论的职能。强度所逐步构建了从元件、组件、部件到全机的完善的强度验证体系,形成了国内能力最强、配套最齐全的地面强度验证体系,各项强度试验技术也取得了长足的进步,达到了国际先进水平,极大地推动了各类军民机型号的研制工作,完成了我国几乎所有新研或改型飞机型号的强度试验。尤其是近年来有力保障了四代机、大型运输机、C919、AG600等国家重点型号首飞、设计定型、列装部队,用科学、严谨、准确、可靠的试验数据和结论托起雏鹰翱翔蓝天,有力保障了各型号的如期首飞、顺利定型,对我国航空事业和经济发展做出了突出的贡献。

  此外,标准、计量、情报、档案、环境试验、可靠性、适航等技术基础贯穿研制全过程。标准化方面,装备领域由标准化副总师单位迈向装备研制副总师单位;从改革开放之初的俄标引进和转化,支撑装备仿制,到美军标引进和转化,支撑三代机研制,再到自主研制和国际接轨,支撑四代机和民机发展,有效地提高了各型飞机的通用化率水平和可靠性;完成了多个型号的可靠性鉴定试验剖面确定、极端环境分析与预计等工作,为产品设计和试验验证提供了重要支撑。不断完善型号计量师系统为核心的型号计量保障体系,确保型号参数能够“测得到、测得准、测得可靠”。解决飞机大型结构件现场对接、某型叶片测量及全参数定值评估等数字化智能制造领域新问题,掌握了航空发动机试车台校准关键技术,从体系和技术上满足新型武器装备发展需求。科技情报方面,通过航空信息、知识的发现、甄别、提炼与分享,为型号立项论证提供体系架构设计、效能评估、费用分析、技术可行性论证等支撑工作。档案作为“技术的源泉,工作的基础,历史的依据”,实现型号档案实体、数据的完整收集、有效管控、安全可用。

  自力更生是中华民族自立于世界民族之林的奋斗基点,自主创新是我们攀登世界科技高峰的必由之路。关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。1978年,在党中央“科学技术是第一生产力”的方针指引下,中国航空研究院支撑了1978年7月20日发布的国家首个《1978~1985年航空工业科学技术发展规划纲要》,梳理了极具前瞻性、系统性和指向性的航空10大专业关键技术、199个重大课题研究,为我国在“七五”计划期间首次实行预研计划单列奠定了基础,吹响了中国航空工业向第三代航空装备跨越的号角。在航空基础技术领域秉承自主创新的精神,作为国防科技进步的先行者,始终走在航空基础技术发展的前沿,履行着党和国家赋予的神圣使命,自力更生、自主创新,完成一项又一项课题,攻克一个又一个难关。在新概念布局、气动设计、智能结构、数值模拟软件、高性能计算等领域取得众多成果。

  在空气动力学领域,气动力设计实现从基础性的翼型、机翼设计,达到全机气动布局的设计能力;具有自主知识产权、先进的核心CFD计算软件能力,拓展到内外流计算、气动热计算、气动噪声计算、结冰计算、气弹计算等;掌握了高低速风洞试验、结冰敏感性分析与气动性能评估、大规模大批量气动力数据高性能仿真等关键技术;完成了我国航空工业高可信度气动计算软件2.2版本开发,与中国商飞联合开发的新概念布局支线飞机“灵雀”通过了大尺寸无人飞行验证,促进了相关领域科研工作的顺利开展;采用TPS动力模拟试验方法,首次实现了大型飞机从TPS短舱设计加工、到推力校准、再到模型风洞试验所有环节的完全国内实施;通过增压风洞改变试验雷诺数,获得了不同雷诺数对飞机低速构型气动特性的影响,为增升装置的优化设计及低速气动力数据修正提供了有力依据;对接国际CFD技术的先进机构,基本实现了CFD与风洞试验的综合分析,使“多轮CFD分析优化”+“风洞定型试验”成为飞机设计的重要模式。

  在结构强度领域,成功研制飞机地面强度试验结构健康检测集成系统、冰雹撞击试验系统、飞机复杂结构刚度计算技术与设计系统、飞机起落架滑跑稳定性试验系统、结构抗鸟撞试验的人工鸟弹,形成了具有自主知识产权的航空结构分析系统(HAJIF)等,为我国新机研制和改进改型提供了强度设计与分析的关键技术和软件。一体化加载框架等助推全机静力/疲劳试验再上新台阶,顺利突破和完成全尺寸飞行器热力耦合试验。集智攻关,实现中国商发风扇轴高低周复合疲劳加载。活动结构/机构可靠性试验不断完善,陶瓷基复合材料力学性能表征体系逐步建立,低、中、高应变率材料力学性能表征体系逐步完善。在飞机强度分析与结构优化、抗疲劳断裂、动强度与振动控制、航空声学、复合材料结构强度等方面的研究达到国际一流水平。

  在标准与质量工程领域,从军用标准化、行业标准化拓展到全领域、全范围的国家标准化、装备标准化、企业标准化。质量工程从环境与可靠性拓展装备质量特性的全特性、全周期,适航、标准件等专业从点发展到面;编制了《国防科技工业标准化工作管理办法》等法规文件,积极推进军工行业标准化技术委员会组建,工作体系和工作机制不断优化,军工行业标准化工作得到有序发展;开展了344项民用飞机产品定义、设计制造、通用基础和研制管理标准规范研究,其中155项已形成航空行业标准,解决了国内民机研制对标准的急需;引进了6800项民机适用的SAE国际标准,解决了我国航空标准的国际接轨问题,为适应全球供应商的民机研制模式奠定了坚实的技术基础。以军用电子产品为研究对象,重点突破电路功能可靠性建模技术、典型故障模式注入及故障影响分析方法、电路功能可靠性设计优化等关键技术,成果已应用于航空、核、兵器及家电等领域;突破了大阻尼台面研制技术、平台系统研制技术和基于坐标变换的三轴六自由度振动控制技术等多项关键技术。

  在计量与测试领域,建立了包括2项国家副基准在内的79项国家/国防最高计量标准,占国防最高计量标准数量的1/4,拥有800余项计量校准/检测能力;业务覆盖全国5000余家单位。积极开展动态测试与校准、纳米测量与校准、飞秒激光测量、非接触测量等前沿技术研究,与国际一流科研机构同台竞技。研制出我国首台大范围计量型纳米三维测量机及多种先进纳米测量传感器,标志着我国实现了纳米尺度的精准测量。在重力加速度量子测量、双飞秒激光频率梳远程测距、非接触测量、北斗接收机及航姿测量系统动态校准等方面取得突破性进展。起草国军标、国标、国家计量技术规范200多项。获得国防计量技术机构许可证书、军用校准与测试实验室认可证书、专项计量授权证书、中国合格评定国家认可委员会实验室认可证书、国防科技工业实验室认可委员会认可证书和检验检测机构资质认定证书等资质。

  在航空科技信息领域,对国内外航空工业发展相关的科技、经济、政策法规等文献资源搜集、处理、开发和服务;系统跟踪、分析研究国内外航空科学技术、航空工业、航空产品、航空市场发展方向,开展关键技术研究和技术预警;为航空科学技术、航空工业发展战略和发展规划提供信息支持;建设与航空工业发展相关的数据库,实现信息共享和快速反应。基于丰富的科技文献资源,针对未来作战环境与军事需求,开展航空装备体系顶层设计及发展研究、新概念飞行器综合论证评估、作战效能、费用分析与研究工作。

  在档案管理与服务领域,按照“构建档案工作新体系,打造国家专业档案馆”的发展愿景,航空工业档案工作在业务建设方面创造了多项全国第一:第一个成立行业档案学会——航空工业档案学会;第一个建立覆盖行业各地区的档案业务工作协作组;第一个创办档案工作专业期刊——《航空档案》;第一个自编档案学专业教材;第一个自主研发全行业统一的档案信息计算机管理软件——金航百科档案管理系统;第一家在行业所属各企事业单位开展数字档案馆建设,推动了档案的信息化、数字化建设。

  航空基础技术是军民融合的主战场之一。按照“产业同根、技术同源”的核心思想,积极将航空基础技术向航天、船舶、兵器等国防领域,深海探测、高铁装备、新能源汽车等国家重大工程领域进行产业拓展,服务国民经济建设,为相关行业创新发展和产品竞争力的提升提供支撑。

  气动院风洞先后完成了高铁、汽车、船舶等气动试验任务。强度所发挥结构强度领域优势,与吉利汽车开展全面战略合作,为用户带来更安全、更节能的汽车产品;与长春轨道客车公司合作,开展下一代地铁车辆车体(目前世界上第一辆全复合材料地铁车体)静强度试验。计量所助力港珠澳大桥超级海底隧道沉管成功合拢,运用几十年来积淀下来的横跨多个专业的计量测试关键技术及方法,自主研制的“海底天眼”——管节运动姿态实时监测系统,解决了深海精准对接的世界级难题。为“复兴号”高铁碰撞墙测试项目,攻克了世界先进水平的高频响负荷传感器和动态多分量力传感器研制的核心技术,拿出了一套切实可行的国产化替代方案,在与国际最高水平的设备供应商同台竞技中,一举中标,打破了国外公司在汽车和高铁碰撞领域30余年的技术垄断。长期为载人航天工程提供全方位的计量测试服务。研制出国内第一台“六维力传感器校准装置”,为“天宫一号”和“神舟八号”对接提供了可靠的计量保障,使我国成为继美国、俄罗斯后,第三个独立掌握航天对接技术的国家。为世界首台万吨油压双动铝型材挤压机研制了大型中频感应加热炉,结束了我国不能生产大型工业铝型材的历史。此外,建成国家质检总局“质量与效益研究基地”“国家航空器产业计量测试中心”;履行国家机械电子产品环境与可靠性质量监督检验中心、国家标准件产品质量监督检验中心(北京)职责,支撑国标委及地方标准化发展;航空工业发展中心入选“军民融合科技服务机构推荐目录”。

  此外,基础技术凭借多年技术积累和能力,践行国家“一带一路”倡议,积极拓展国际业务。2016年气动院与巴基斯坦签署合作协议,并为其进行风洞试验服务,气动数据和试验效率得到巴方的高度认可,也进一步验证了气动院承接国际风洞试验任务的能力;2015年为尼日利亚建设了ABU低速风洞,进一步开拓了国际市场。

  依托基础技术优势,按照“技术同源,产业同根”思路,开发出减震器、光纤传感器、加速度计、石墨密封组件等基础产品。减震器为振动控制技术的成果转化应用,目前已有4个类型150余种产品,广泛应用于航空航天、舰载车载等电子设备的振动隔离安装,改善了机载设备的环境条件,提高了设备的可靠性、安全性和使用寿命。光纤传感系列产品实现了准分布式多参数测量在风电、轨道交通等民用领域的拓展应用;多种型号加速度计,实弹靶试弹无虚发,产品迭代升级和批量生产不断满足日益增长的武器装备精准打击的需求;石墨密封组件系列产品打破了国际知名企业对高端航空密封技术及产品的垄断;传感器及仪表系列产品具备高精度、高可靠性的产品特性,广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、高铁等军民领域;量具及计量校准设备不断满足产品研制、生产、试验中的检测及测试需求;转台、离心机、传感器、流量计等多个自主研制的计量测试产品在服务型号武器装备和国家重大工程中发挥了重要作用。

  夙志高远,长空牧星,航空基础技术人用自己的忠诚和执著捍卫着那份珍藏在心灵最深处的梦想初心。幸福和美好的未来不会自己出现,成功和傲人的业绩属于勇毅而笃行的人。在改革开放40年波澜壮阔的发展进程中,我们为了肩负的神圣使命,无论是弱小还是强大始终初心不改,无论是顺境还是逆境始终矢志不渝。1978年,我国航空产品多以“测绘仿制”为主,航空产品发展对航空基础技术需求较低。航空薄弱,航空基础技术更加薄弱。改革开放40年来,伴随我国航空产品从“跟随仿制”向“集成创新”甚至“自主创新”转变,航空基础技术的重要性更加迫切。“装备发展,基础先行”已成为人们的普遍认识。回望航空基础技术过去40年的发展,我们深感,航空基础技术的发展离不开国家发展的大背景下,各项成绩的取得是在中国的带领下,航空基础技术人不懈奋斗的结果。

  40年峥嵘岁月,从“立足山沟胸怀祖国看世界”到“立足航空报效祖国闯世界”,激情进取,斗志昂扬,为祖国建成大国重器。

  40年春华秋实,从几年完成一项型号任务到一年完成多项型号任务,敢于亮剑,永不服输,将一个个不可能最终变成现实。

  40年创新史,聚焦科技创新,围绕战略性、整体性、前瞻性、基础性、共用性技术,潜心探索,孜孜以求,获得一系列突破。

  40年奋斗史,坚持军民融合,致力推动国民经济发展提供“航空智慧”,自强不息,奋力拼搏,取得众多成果。

  一代人有一代人的奋斗,一个时代有一个时代的担当。站在新起点,面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大装备需求,我们比历史上任何时期都更需要加快科技创新,掌握竞争先机。对改革开放40周年最好的纪念,就是继续奋斗,进一步深化科技体制改革、提升创新体系效能、着力激发创新活力。目前,新一轮科技与产业革命加快孕育,要跻身世界航空基础技术强者之林、瞄准世界科技前沿,就要围绕国家战略需求和航空强国建设目标,肩负起历史赋予的重任,勇做新时代科技创新的排头兵,开展航空科技的“战略性、整体性、前瞻性、基础性、共用性”研究,致力于成为航空科技发展的引领者;实施“强基工程”,推动基础技术发展由“型号牵引”向“基础先行,提供货架式成熟技术”转变,为航空装备和国民经济发展提供坚实的基础技术。

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