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曹定国:砥砺前行 筑梦航空

2017-08-17 13:44:30
作者:王 元
来源:中国腐蚀与防护网

航空工业是研制、生产和修理航空器的技术密集型军民融合产业,所属产品和工艺高度精密、综合性强,是国家支柱产业。近年来,我国的航空工业迅猛发展,各种新型飞机井喷式凸现,这是奋斗在航空第一线的中国航空人几十年如一日辛苦耕耘的结果!

    航空工业是研制、生产和修理航空器的技术密集型军民融合产业,所属产品和工艺高度精密、综合性强,是国家支柱产业。近年来,我国的航空工业迅猛发展,各种新型飞机井喷式凸现,这是奋斗在航空第一线的中国航空人几十年如一日辛苦耕耘的结果!


    中国特种飞行器研究所原副总工程师曹定国(以下敬称“曹老”)就是其中之一,他自1962年北京大学毕业后从事航空事业五十年来,呕心沥血,餐风沐砂,坚持不懈,以“不破楼兰终不还”的顽强毅力,创造了中国航空史上一个个辉煌的成果,获得了国家级特等奖一项、一等奖两项、二三等奖各一项,为推动我国航空事业的发展做出了重要贡献!如今这位79岁的老人仍心系航空,关注祖国核心事业的发展。


    2017年7月18日,记者有幸在中国特种飞行器研究所采访到了曹老,感受了他50年不平凡的航空人生。


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    中国特种飞行器研究所原副总工程师曹定国


    栉风沐雨五十载  砥砺奋进铸辉煌


    1962年,24岁的曹定国从北京大学毕业后到中国航空工业集团公司工作。1998年,曹老退而不休,陆续被几次返聘,直到2012年,74岁的曹老才正式退出他心爱的航空科研生涯。整整五十年!曹老为祖国的航空事业辛苦奉献了汗水和智慧。


    曹老感慨,辛劳的五十年,同时也是充实快乐的五十年,刻苦攻关的日子仍历历在目,留下了不可磨灭的印记。


    三次创业  六易战场


    曹老回忆,在这五十年中,他经历了三次创业。第一次是在沈阳601所搞XX飞机研制。这是我国第一次自行设计,虽然有过上一代飞机研制经验,但技术上困难很多。到工厂去“三结合”,几十人住大通铺,把临时隔开的楼梯间当办公室;XX飞机上了天,国家又要研制水轰五飞机,他被派支援新组建的605所,进入第二次创业。从青岛、哈尔滨到荆门,人住在用席子隔开的兵营大房间,吃的是高粱米和窝头。水轰五是水上飞机,飞机有不同构型、不同规范和设计方法,他带着二十多名年轻的大学生,废寝忘食辛苦实验、研究。二十多年后,又进入了第三次创业。航空工业通飞在珠海三灶海滩上奠基,他又被返聘到通飞研究院,参加AG600水陆两栖飞机的研制。当时的工作条件艰苦,只有几幢空旷的厂房,吃食堂、住出租屋,脚踏大片荒地,头顶火辣辣的太阳。“水陆两用”需满足“民航适航性标准”,给科研团队徒增了很多技术难题。


    除了三次创业换三个地点外,1981年,曹定国还被航空部派到美国波音公司工作培训两年,退休后又被返聘到广州飞机维修公司工作两年,汉中陕飞工作了一年。回忆这五十年,真是所谓“三次创业,六易战场”。 虽有 “浊酒一杯家万里”的惆怅,但更有“三十功名尘与土,八千里路云和月”的豪情!这些殷切反映了我们航空人“航空救国”的爱国热忱!


    动容回忆  参与型号研制


    除上述参与的XX军机、水轰五、AG600(水陸两用机)研制,曹老一生中参与了十几种飞机型号的研制。令人记忆深刻的是水轰五大型灭火机,1985年东北大兴安岭连日大火,国家领导、上上下下都心急如焚,一时要将水轰五改成灭火飞机,船身中部要加上一个大水箱,底部要开一个大投水口,一无经费、二时间苍促、三不能做试验,在此情况下,强度室人员,通宵达旦,从小开口、中开口、大开口,工程方法、有限元方法,进行仔细分析、精心设计,本着一股认真负责精神、胆大心细的工作作风,把灭火飞机送上了天!


    水轰五飞机到1989年开始“定寿”,值得记叙的事有很多,曹定国作为技术负责人,从技术方案、人员培训、解决关键技术问题,每一阶段面临大量工作和难点。经过长达五年的努力,给出了飞机设计寿命。在90年代前后一段时期,他还参与了605所研制的超轻型飞机、飞艇、浮空器、地效飞机等型号,它们在国内均属第一次,其中许多技术攻关的回忆都令人终生难忘。


    到了退休的年龄,他退而不休,被返聘到广州维修公司。在GAMECO期间,他前后参与了波音系列飞机B-737、747、757、767直到777及A320的维修工作,增加了对国外先进飞机的认识,促进了我们对民用飞机的研制。在2002年,又被派到陕西飞机公司参与了XX飞机强度与疲劳研制工作。


    辛苦科研  理论结合实践


    曹老说:“在我一生的工作中,如说取得了一定成就,是我始终如一地重视把理论与实际相结合。”在参加工作时,当时室领导就有意派他们接受“实践”的锻炼。他先后去了沈阳松陵厂实习、空军普兰店基地“下连当兵”,扫大马路,每天晨出操、夜站岗,飞机着地后,跟在飞机后面接油、盖蒙布,真可谓“我是祖国的一颗螺丝钉,哪里需要哪里扎根!”


    在松陵厂,曹定国参与了歼六、歼七静力试验。他深知他是北大理科毕业生,“理论”已有一定基础,但缺乏“实践”和“感知”,在“理论与实践相结合”的思想指导下,在“向科学进军”精神鼓舞下,他坚持不懈地学习飞机设计、生产、试验和维修方面知识。他几乎跑遍松陵厂的所有生产车间,还发现了某两型号军机静力试验加载方法中存在的两个重要问题,并提出了改进,使试验从67%提前破坏到成功通过90%试验。在学习、工作中,他养成了一种习惯,那就是做任何事都要问“是什么,为什么,怎么办?”


    从设计员成长为副总师的蜕变


    漫长的五十年,长期辛勤的工作,使得曹定国的技术与工作能力逐步提高。从设计员、专业组长,到1978年文革后国家恢复技术职称,他被任命为所内第一批工程师,1985年又被任命为所内第一批高级工程师,1987年国家第一批研究员、国家中青年技术专家、政府特殊津贴获得者和副总工程师。回想起来,这其中充满大量的付出和艰辛。我的体会是:只要自己努力勤奋工作,国家就会给予一定的回报。


    在“波音”工作的那两年


    五十年航空生涯中,还有值得一叙的是在美国波音飞机公司工作培训的那两年。当时,他们得到了波音公司上下的关注和欢迎,波音同事们很重视他们这批来自中国的航空专家。一行十五人很快就与美国同事、当地华侨打成一片,并很快接触到波音公司的计算机、设计手册、先进的软件程序,他们并大胆工作、潜心学习,并对过去的“老祖宗就这么做的”一些老经验公式进行了分析和改进,终获成就。曹老回忆,有一项原计划半年完成的工作,他三个月就提前优质完成,深得波音同事和上司的赞尝。他被授予波音“高级专家工程师”称号。回国后,他把在波音所学在国内广加推广,大大地促进了国内飞机疲劳和损伤容限、寿命和可靠性分析及飞机腐蚀防护与控制技术的发展和应用。


    强度技术的发展和突破


    曹老说,技术方面的事回忆起来有很多,在此不予多叙。但五十年科研生涯中,强度专业技术有三方面重大的变化:一是计算工具从计算尺到人手一部PC。直至现在个人电脑不断升级,功能和容量不断扩大,真是天壤之别;二是分析方法。六七十年代,强度计算主要靠工程简化方法,要将一个复杂的飞机结构分解成杆、板、梁或构架,而现在则使用大型分析软件分析求解全机的静、动、热;三是设计理念或规范,飞机从静强度设计到全面考虑静动热、疲劳和损伤容限、寿命和可靠性分析等。


    技术进步是时代发展的必然,现在各种大型分析软件的分析计算能力令人叹为观止!几十年前不可想象的事,而如今任何复杂构件都能得到很完美解决。这些都离不开坚实的基础知识、理论分析和丰富的使用经验。


    质量至上  安全第一


    曹老说,在他担任专业组长、研究室主任和副总工程师期间,无论是技术工作、试验工作或行政管理工作,从未出现过一起质量事故。在他们的研制工作中,进行过大大小小上百项试验,试验结果都比较理想,都能起到验证和提高改进作用。试验工作和其他各项工作中也未出现过人身安全事故或设备损坏事故。


    “质量至上、安全第一”是他工作中的座右铭。他非常注重思想重视、技术到位、措施落实和鼓励先进;强调质量安全事故对国家、事业、集体、家庭和个人的损害;质量是干出来的;技术报告要严格签字手续;要奖励先进、指导后进。


    辛苦耕耘  硕果累累


    曹老感慨,看到祖国航空业迅猛发展,看到祖国的大飞机翱翔于天际,真令人激动不已!


    回忆几十年的科研生涯,他发表了几十篇论文,并经常参加国家级、部级技术研讨会,出版过著作,曾荣获国家级、部级奖项二十多项,其中,1985年, “歼八飞机硏制”获得国家特等奖,他是重要参与者;1987年,“水轰五飞机研制” 获得了国家一等奖,他也是重要参与者;1981年,他作为总体组成员在研制的航空结构分析系统(HAJIF一1)方面获得了国防科工委一等奖;1987年,他作为总体组成员在研制的航空结构分析系统(HAJIF一1)方面获得了国家二等奖;1997年,作为海军小机群飞机定寿研究应用的重要参与者,他获得了国家级三等奖。

 

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    曹老说,获得这些成果的机会都是祖国给予的,虽然科研的历程是艰辛的,但是能为祖国的航空事业发展奉献毕生精力,他感到无限的荣幸和自豪!


    心怀航空报国情  誓以高科挽腐沉


    中国特种飞行器研究所的腐蚀防护专业技术在上世纪七十年代还是早期的、单纯的“三防”(防潮湿、防盐雾、防霉菌)技术,到九十年代初期开始进入国际先进的“飞机腐蚀防护与控制”(CPC)技术,一直发展到现在,二十一世纪的2017年,不到三十年时间,已有了很大的发展和突破,已处于国内领先地位。


    回顾近三十年的变化与发展,经历了许多艰辛和创新的历程。上世纪九十年代初,605所(中国特种飞行器研究所)CPC只是一个课题组,十个人左右,多数成员是强度、结构专业的,个别是材料专业的,并没有一个真正学腐蚀的。而如今发展为“腐蚀防护与控制研究中心”,并成为航空科技重点实验室,共有40多人,有17名硕士生、4名博士生。


    九十年代初期,CPC课题组没有任何试验设备,所有试验都外协,如今则是经国家批准建立了航空科技重点实验室,承担着航空装备材料及构件在多种环境或环境谱下的腐蚀防护和控制的性能试验。技术标准和规范方面也从早期的“三防”发展为现代飞机设计规范的要求,即:CPC要保证飞机在全寿命期内的安全和寿命。三十年的变化和发展是基于在理论和实践方面的许多突破和创新。


    (1)跨越了专业范围,对飞机CPC的严重性、危害性和紧迫性的认识根本提高。


    飞机结构的安全与寿命长期以来主要由飞机强度设计所保证,但对一些飞机,特别是水上飞机,在使用一些年之后,还远远没有到强度安全极限和寿命期,许多结构部位就因腐蚀而发生材料损失、变质或破坏。一些刚硬接头腐蚀成粉末状、翼面上上百个螺栓锈成一个个小铁铊铊、机身底部的长桁蒙皮成片腐烂、大量螺钉铆钉头断裂脱落,这些现象强烈地引起了强度人员的关注。他们担负着飞机在腐蚀环境下的安全和寿命评估的责任! 因此,从水轰五飞机结构定寿工作开始,他们就要求自已:“关注腐蚀、认识腐蚀、防控腐蚀”! 他们到处查找国内外有关资料,迫及地学习和了解现代规范要求、腐蚀理论知识、腐蚀防护和控制方法。从思想和观念上的突破为后来长期CPC工作奠定坚实的思想基础。


    (2)从单纯材料“表面防护”到重视结构的“抗腐蚀设计”


    由于腐蚀大量表征材料在腐蚀环境下的变质和破坏,长期以来,人们比较关注材料在外界环境作用下的性能变化、检测和防护。但大量现象表明,材料所在的结构构型也有重要影响,从飞机结构的总体布局看,飞机的通风、排水、可达性、可检性对控制飞机总体环境有着根本的影响;从结构的细节设计看,各种几何、力学因素,锻、铸、焊、胶不同零件工艺制造类型,组件设计中的双金属应用、密封型式、紧固件、搭铁的使用,机翼典型盒段、机身典型框段、起落架典型构造等结构细节的抗腐蚀设计对飞机在腐蚀环境中的安全和寿命起着决定性的作用。这也是对CPC认识上的重大突破。


    (3)从分别考虑“环境”和“力”的单独作用到考虑两者的共同作用和交互作用


    “环境”(一般指大气、海水、高温、化学物)与“力”对飞机的影响和作用早期是分别考虑和单独作用的。但大量事实和硏究表明,“环境”使材料变质后会影响和降低材料的力学性能,並使材料剖面和厚度減弱,而导致在同样外力作用下应力坛加和应力集中及強度降低;反之,“力”或“应力”会使材料产生变形、挠曲、缝隙、裂纹和表面凹陷,这又会导致材料的“腐蚀集中”,加重腐蚀损伤。因此,现代飞机CPC设计时,不仅要考虑“环境”和“力”两者的单独作用,而且要考虑两者的“同时和交互作用”。这就产生了目前比较复杂和先进的“应力腐蚀”和“腐蚀疲劳”两门新的交叉学科及“腐蚀损伤和寿命”工程评估技术。


    (4)从各种环境单独作用到多种环境综合作用以及“环境谱”


    先前的“三防”腐蚀标准是检测材料在指定要求的环境下的腐蚀损伤等级,现代的环境检测和分析要同时考虑多环境的综合作用,进一步要考虑“环境谱”,即基于各种环境作用的持续时间、烈度或强度,及材料在各环境单独作用下的“损伤度”,经“加权”处理,求得材料在综合环境下的总损伤。更先进的是可以利用美国xx标准确立的材料腐蚀机械量和腐蚀电量之间的关系,创新地利用“环境严酷性指数”(ESI)的概念,建立不同环境种类、不同地区环境间的当量关系,也同时能建立“环境谱”与某种环境腐蚀作用之间的当量关系。这就为滿足现代规范要求,对飞机在全寿命期内环境谱作用下的腐蚀损伤分析评估和试验检测奠定了坚实的理论基础和实用方法。


    (5)环境试验验证从单独环境下“材料”、“元件”级到多种环境或环境谱下“构件”、“组合件”试验


    早期的腐蚀试验主要检测材料之环境防护性能,大部分只是通过“元件”级试片在环境作用下腐蚀点或腐蚀表面/坑的大小、深淺及范围划分成几个等级以判断腐蚀损伤严重度。近二三十年,逐渐发展为长桁、坒板、合段等组合件甚至是部件级,水轰五飞机就做过机翼大坒板部件在盐雾、海水、二氧化硫等环境下的综合试验,这种试验在其他先进国家也不多见。所检测的除一般的腐蚀损伤外,还包括裂纹的形成和扩展。


    (6)系列“标准”、“手册”、“指南”和多种论文的编写


    曹老回忆,针对课题研究和型号研制的需要,他们撰写了上百篇论文,参加过数十个研讨会,编写了十多种“标准”、“手册”、“指南”,这些都是在收集、整理、消化、吸收的基础上,根据我们自身课题和型号的研究试验成果,集成创新编制而成。这些成为现代飞机及各种航空装备CPC的技术基础,除较早应用于水轰五飞机等老机种外,近些年来又应用于AG600(大型水陆两栖飞机)、运20等新型号中,使现代飞机的CPC上了一个新台阶:按现代飞机设计规范关于“腐蚀防护和控制”的要求,保证飞机在全寿命期内的结构安全和目标寿命。


    曹老强调,现代飞机的腐蚀防护和控制技术还继续在发展路上,605所CPC技术近二三十年虽然有了很大发展,有了许多方面的突破,但仍需不断深化和细化,更需要在各种型号扩大应用中检验和积累经验,以接近国际先进水平,提高飞机和航空装备的安全性和使用寿命,为祖国的航空事业多出一份力!


    紧密结合产学研  未来防控更前沿


    曹老表示,前面已经谈到,对航空装备而言,按现代设计规范要求,已经从单纯的“腐蚀防护”提升到“腐蚀防护与控制”,强调了“控制”,总的说,也就是从单纯的“被动性防护”提升和发展到“主动性控制”,通过对“环境”、“力”影响的改善、结构的抗腐蚀设计和新制造工艺、计算分析和试验评估等,达到安全性、维修性、可靠性和长寿命的要求。也如前所述,这些CPC技术虽有许多突破,但仍需在已建立的技术基础上深化、细化。如:新型耐蚀性材料:高应力、高磨损、高腐蚀。


    “表面工程”技术:包括“表面改性”技术,如表面形变强化、相变硬化、化学转化、电化学转化、表面扩散渗入、离子注入等,及“涂镀层”技术,如电化学沉积、热浸镀层和各种缓蚀剂、防锈剂等。


    “环境当量化”技术:通过大量材料环境试验建立材料ESI-e曲线,并通过环境加权综合。


    “抗腐蚀结构细节设计”技术:合理的传力布局、控制应力和变形、减少截面不连续、防止装配应力、避免偏心、减少磨损挤压和振动、坛加可达性可修理性等。


    “腐蚀损伤和寿命评估”技术:合理确定环境加权百分比、提高评估方法的可靠性和实用性、环境加速试验等。


    除了技术研究和发展外,更多地应加强在各种飞机型号和航空装备上应用,通过应用发现问题、积累经验。发展相关的产业也是从CPC技术到应用的另一开拓性途经,这就将硏究、应用和产业结合在一起,使CPC事业有了更广阔的发展前途。


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    诚挚寄语年轻人  兢兢业业科研行


    曹老说,老一辈科技人员都已退休多年,非常高兴看到目前“腐蚀防护与控制研究中心”的迅速发展,特别是大量中青年科技人才成长,使CPC技术和应用的发展后继有人、充满希望! 结合自己多年的科研经验,对年轻人说几句,以供参考:


    (1)又红又专。将努力工作和奋斗目标紧紧围绕着事业的发展和国家的兴旺发达,这不但会保持正确的政治方向,还会为我们提供无限的工作动力、经久不衰的干劲、科学髙效的工作方法和振奋人心的成就感。


    (2)全面发展。除了要有理想有专业知识以外,还要有团队精神、创新精神、沟通能力、应变能力等。


    (3)理论实际相结合。理论使我们能深刻理介事物,並指导实践,能举一反三。但理论要应用于实际,才能结出丰硕的成果。


    (4)成功缄言。自我奋斗+天时·地利·人和。后者都是指“环境”,是外部因素;前者是内因,是内在的根本因素。有了内因,再加上良好外因,人生就不会没有成功!要积极利用和创造周围良好环境,会事半功倍。


    (5)坚韧不拔。运到盛时需儆省,境当逆处要从容。人生会遇到许多矛盾,有成功与失败,大师的告诫应需牢记在心,会受益匪浅!


    (6)对上以敬、对下以爱、对人以和、对事以实 。这是一位佛学大师的真诚告诫,这是一份为人处事的指南。


    后记


    我国航空业的发展依旧任重而道远。筚路蓝缕,见证中国航空工业起步的艰难历程;初心不改,开辟中国航空工业发展的新征程;披荆斩棘,勇攀中国航空工业发展的新高峰,这是我国老一辈科学家们的科研人生写照;也是我们须传承精神理念。我们须继续不懈地进取与拼搏,成就祖国航空工业的崛起与辉煌!朝花夕拾,筑梦航空,繁花深处喜看祖国的腾飞!


    人物简介


    曹定国,男,1938年7月生,中国特种飞行器研究所副总师、研究员。1962年毕业于北京大学数学力学系固体力学专业,曾工作于航空工业605所(中国特种飞行器研究所)、航空工业601所、广州飞机维修公司(GAMECO)、陕西飞机工业公司,波音飞机高级专家工程师、国家任命首批研究员,参与多种军用飞机型号、水陆两栖飞机、地效飞机、飞艇以及民用飞机型号研制工作,主持XX飞机结构定寿工作、军用飞机抗腐蚀设计/维修/防护技术、海军飞机腐蚀控制、空军飞机腐蚀控制等课题10余项,获得国家特等奖1项、一等奖2项、二等奖1项、三等级1项以及省部级一等奖2项、二等奖3项、三等级7项,主持翻译《克芙拉复合材料设计手册》、《民用飞机结构腐蚀控制设计手册》著作2部,主持编制《舰载飞机腐蚀控制设计指南》1部,主审编制《舰载飞机腐蚀控制适用性标准简介》、《飞机结构腐蚀实例分析》、《海军飞机结构腐蚀控制设计指南》3部。

 

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