衝壓引擎與我─沈默的幕後英雄 梁治國

<B>衝壓引擎與我─沈默的幕後英雄     梁治國</B>
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就衝壓引擎啟始發展時間而言，我國起步較先進國家雖晚了廿年，但近年來的研發成果，卻已逐漸拉近差距；尤其是去年本所依時順利完成火箭衝壓引擎關鍵技術研發計畫，使我國進入第三代衝壓引擎開發國家之林，將英國、中共等遠拋於後。
<P><B>衝壓引擎奠基研究</B>
<P>自民國六十六年進入中科院開始，筆者就與衝壓引擎結緣。來院報到後進入飛彈火箭研究所（二所）一組，由張經國博士、李湘渝博士指導，開始衝壓引擎研發奠基工作。至七十年，參與了為RJ-2衝壓引擎火箭地面測試，出口直徑20公分之次音速自由束流以及稍後出口直徑45公分之超音速自由束流設備的籌建工作。民國七十年二月天弓計畫(原以衝壓引擎作為推進系統)奉准成立，將奠基研究計畫併入其中，此計畫乃告一段落，以現況結案。
<P><B>籌建大型地面測試設備</B>
<P>民國六十九年四月陳傳鎬組長率三位總工程師(馬尚澄先生-氣動力，張明堂先生-機械，張成節先生-儀控)赴國外參觀訪問歸來後，對地面試驗設備之構想更為具體，且得知測試燃燒現象是不能以縮尺模型模擬試驗的，因此決定：(1)增大自由束流直徑尺寸，更改設計以120公分出口直徑為目標，目前暫作束流直徑80公分噴嘴塊，(2)增加另一型式試驗設施-連管式線，以應實際需要。並確立以下三項原則(1)自力規劃系統需求規格，(2)委託國內承商作細部工程設計、製造，(3)控制及數據擷取系統外購，自行承擔整體設備組合工作。
<P>自奠基研究計畫奉核開始執行，至天弓計畫成立後，其間共引進二批新進人員，羅致了當時各大專院校如清華、成大、淡江、逢甲、技術學院等航空系、機械系名列前茅之優秀應屆畢業生，約三十餘人。這些人也就是成為日後建立地面試驗設備及研發衝壓引擎之主力，為今日成功不可或缺的因素。由於近幾年環境變遷，以致人員流失，堅持理想、持續打拚者所剩不多，至為可惜。
<P>天弓計畫成立後，筆者專司地面試驗設備籌建工作。該設備直徑最大達五公尺餘，從高雄中船運至本院時還大費周章，因有陸橋之道路均不得通行。地面試驗設備全部工程分為卅個購案或工程案，由十九家廠商承製及承包，基於本組負責系統整合工作，為爭取及早完成籌建，配合計畫時程執行測試情況下，有時在同一工地上，曾高達八家廠商或包商共同趕工的情況，相互干涉在所難免；為解決此現象，自民國七十二年三月起每週一召開會議，要求有關廠商預報進度並相互協調，至同年七月完成設備組裝後止。期間之工作實備極艱辛，譬如設備燃料管線及氧、氮氣體等系統，管路清潔度需要求至太空設備級，化學劑循環清洗要廿四小時，持續七天，最後再將清洗水經濾紙後，藉顯微鏡計算濾紙殘留物顆粒，以判定是否合格。還有由於設備直徑過大，國內沒有現成熱處理爐可容得下，必須現場作熱處理，加熱過程亦需廿四小時連續運作，同仁義不容辭，自動留下加班守夜監督，以確定加熱時間及加熱溫度均符合規定。同仁輪流值夜工作，未曾抱怨，亦未有人提出補假要求，工作士氣之高可見一斑。
<P><B>設備試車前後</B>
<P>同年七月開始進行所有系統之檢查與測試，以為試車前之準備，承包控制及數據擷取系統之美商STI公司，亦派三位工程師來院駐地參與工作，於九月初完成一切試車前準備，STI公司另換派三人駐院試車，首先從連管式測試設備開始，但自由束測試設備之空氣預熱器一直無法順利運作，在本組人員對於設備控制系統之操作已能完全掌握之下，STI人員繼續停留已無助益，徒增本院負擔，遂同意其撤離。此後本組自行奮鬥，與時間展開競賽，有幸在十二月中克服了吹試中熄火問題，順利操作空氣預熱器於設備運轉包線中。至此我國大型衝壓引擎地面試驗設備終於誕生，民國七十三年一月正式啟用，在國防科技發展史上，建立了一個新的里程碑。也是第一樁引進民間工業參與國防科技的案例。
<P>空氣預熱器是本設備最關鍵之項目，衝壓引擎試驗設備有別於一般風洞，就是在氣流中引燃丙烷產生熱量，增加溫度，以模擬實際飛行之空氣密度，確實達成飛行中燃燒現象與結果，故本設備又稱熱風洞或高熵風洞。由於本設備需求之空氣預熱器其操作範圍廣泛(空氣流量：連管式2-70公斤/秒，自由束流式40-550公斤/秒)，要求燃燒效率高(90%以上)，當年美商馬夸公司報價為美金2佰14萬餘元，還需獲得輸出許可始能訂約，因計畫時程緊迫，設備試車驗收在即，決定自行研製，在馬尚澄先生指導下，參考類似應用如727飛機引擎燃燒罐，於先導型試驗設備從事開發實驗，歷經萬難，終於及時研製成功獨立筒式之空氣預熱氣，再分別用不同之組合放入設備使用，連管式空氣預熱氣由4支燃燒罐組成，自由束流式空氣預熱氣有7支燃燒罐。之後民國七十八年成功大學航太中心籌建燃燒測試設備，及民國八十二年清華大學動機所籌建小型渦輪機測試設備，本組均協助其完成空氣預熱器及其相關設施。此為科技自主、技術生根最佳例證。
<P><B>執行研發測試任務</B>
<P>至今設備已經執行試驗二千四百餘次，期間配合衝壓引擎擎天一型及擎天二型完成各項地面試驗驗証工作，充分滿足計畫需求，並提昇飛行試驗成功之信心與保證，在歷次成功飛試中已獲得証明，衝壓引擎有如此成果，地面試驗設備已全然發揮其功能。此外設備還配合天弓一、二型，雄風二B、C及E型，天劍一、二型，雷霆2000、工蜂六型、雲漢、玄機、固體導管火箭等計畫，對各型不同試件進行設備修改，以執行氣熱力環境模擬測試或絕熱材料驗証等試驗，解決研發中遭遇的問題，都是當初設備籌建意想不到的收穫。在此操作使用長達十四年間，不論維修、保養或配合不同試件修改設備、更新等工作，均不假手外人，由本組自行承擔完成。本設備還因包括丙烷、JP-5燃料系統及助燃劑氧氣系統，被院內工安主管單位列為危險工作區域，在同仁特別注重工安下，未曾發生重大意外事故。
<P><B>行囊滿滿</B>
<P>廿餘年七千多個日子裡行囊滿滿，在同仁鼎力支持及相互合作下，深深地體會到團隊合作的重要與榮耀。今後不僅有擎天三型持續研發，也還會有飛行速度更快、更遠的飛彈待開發與試驗，亦就表示需要有壓力更大、溫度更高、速度更快、高度更高的測試設備待籌建。「始終如一」的我將懷著感恩的心，踏實、穩健、愉悅地走下去，努力地去作一個快樂的幕後英雄。
</P><B>衝壓引擎與我─沈默的幕後英雄     梁治國</B>
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就衝壓引擎啟始發展時間而言，我國起步較先進國家雖晚了廿年，但近年來的研發成果，卻已逐漸拉近差距；尤其是去年本所依時順利完成火箭衝壓引擎關鍵技術研發計畫，使我國進入第三代衝壓引擎開發國家之林，將英國、中共等遠拋於後。
<P><B>衝壓引擎奠基研究</B>
<P>自民國六十六年進入中科院開始，筆者就與衝壓引擎結緣。來院報到後進入飛彈火箭研究所（二所）一組，由張經國博士、李湘渝博士指導，開始衝壓引擎研發奠基工作。至七十年，參與了為RJ-2衝壓引擎火箭地面測試，出口直徑20公分之次音速自由束流以及稍後出口直徑45公分之超音速自由束流設備的籌建工作。民國七十年二月天弓計畫(原以衝壓引擎作為推進系統)奉准成立，將奠基研究計畫併入其中，此計畫乃告一段落，以現況結案。
<P><B>籌建大型地面測試設備</B>
<P>民國六十九年四月陳傳鎬組長率三位總工程師(馬尚澄先生-氣動力，張明堂先生-機械，張成節先生-儀控)赴國外參觀訪問歸來後，對地面試驗設備之構想更為具體，且得知測試燃燒現象是不能以縮尺模型模擬試驗的，因此決定：(1)增大自由束流直徑尺寸，更改設計以120公分出口直徑為目標，目前暫作束流直徑80公分噴嘴塊，(2)增加另一型式試驗設施-連管式線，以應實際需要。並確立以下三項原則(1)自力規劃系統需求規格，(2)委託國內承商作細部工程設計、製造，(3)控制及數據擷取系統外購，自行承擔整體設備組合工作。
<P>自奠基研究計畫奉核開始執行，至天弓計畫成立後，其間共引進二批新進人員，羅致了當時各大專院校如清華、成大、淡江、逢甲、技術學院等航空系、機械系名列前茅之優秀應屆畢業生，約三十餘人。這些人也就是成為日後建立地面試驗設備及研發衝壓引擎之主力，為今日成功不可或缺的因素。由於近幾年環境變遷，以致人員流失，堅持理想、持續打拚者所剩不多，至為可惜。
<P>天弓計畫成立後，筆者專司地面試驗設備籌建工作。該設備直徑最大達五公尺餘，從高雄中船運至本院時還大費周章，因有陸橋之道路均不得通行。地面試驗設備全部工程分為卅個購案或工程案，由十九家廠商承製及承包，基於本組負責系統整合工作，為爭取及早完成籌建，配合計畫時程執行測試情況下，有時在同一工地上，曾高達八家廠商或包商共同趕工的情況，相互干涉在所難免；為解決此現象，自民國七十二年三月起每週一召開會議，要求有關廠商預報進度並相互協調，至同年七月完成設備組裝後止。期間之工作實備極艱辛，譬如設備燃料管線及氧、氮氣體等系統，管路清潔度需要求至太空設備級，化學劑循環清洗要廿四小時，持續七天，最後再將清洗水經濾紙後，藉顯微鏡計算濾紙殘留物顆粒，以判定是否合格。還有由於設備直徑過大，國內沒有現成熱處理爐可容得下，必須現場作熱處理，加熱過程亦需廿四小時連續運作，同仁義不容辭，自動留下加班守夜監督，以確定加熱時間及加熱溫度均符合規定。同仁輪流值夜工作，未曾抱怨，亦未有人提出補假要求，工作士氣之高可見一斑。
<P><B>設備試車前後</B>
<P>同年七月開始進行所有系統之檢查與測試，以為試車前之準備，承包控制及數據擷取系統之美商STI公司，亦派三位工程師來院駐地參與工作，於九月初完成一切試車前準備，STI公司另換派三人駐院試車，首先從連管式測試設備開始，但自由束測試設備之空氣預熱器一直無法順利運作，在本組人員對於設備控制系統之操作已能完全掌握之下，STI人員繼續停留已無助益，徒增本院負擔，遂同意其撤離。此後本組自行奮鬥，與時間展開競賽，有幸在十二月中克服了吹試中熄火問題，順利操作空氣預熱器於設備運轉包線中。至此我國大型衝壓引擎地面試驗設備終於誕生，民國七十三年一月正式啟用，在國防科技發展史上，建立了一個新的里程碑。也是第一樁引進民間工業參與國防科技的案例。
<P>空氣預熱器是本設備最關鍵之項目，衝壓引擎試驗設備有別於一般風洞，就是在氣流中引燃丙烷產生熱量，增加溫度，以模擬實際飛行之空氣密度，確實達成飛行中燃燒現象與結果，故本設備又稱熱風洞或高熵風洞。由於本設備需求之空氣預熱器其操作範圍廣泛(空氣流量：連管式2-70公斤/秒，自由束流式40-550公斤/秒)，要求燃燒效率高(90%以上)，當年美商馬夸公司報價為美金2佰14萬餘元，還需獲得輸出許可始能訂約，因計畫時程緊迫，設備試車驗收在即，決定自行研製，在馬尚澄先生指導下，參考類似應用如727飛機引擎燃燒罐，於先導型試驗設備從事開發實驗，歷經萬難，終於及時研製成功獨立筒式之空氣預熱氣，再分別用不同之組合放入設備使用，連管式空氣預熱氣由4支燃燒罐組成，自由束流式空氣預熱氣有7支燃燒罐。之後民國七十八年成功大學航太中心籌建燃燒測試設備，及民國八十二年清華大學動機所籌建小型渦輪機測試設備，本組均協助其完成空氣預熱器及其相關設施。此為科技自主、技術生根最佳例證。
<P><B>執行研發測試任務</B>
<P>至今設備已經執行試驗二千四百餘次，期間配合衝壓引擎擎天一型及擎天二型完成各項地面試驗驗証工作，充分滿足計畫需求，並提昇飛行試驗成功之信心與保證，在歷次成功飛試中已獲得証明，衝壓引擎有如此成果，地面試驗設備已全然發揮其功能。此外設備還配合天弓一、二型，雄風二B、C及E型，天劍一、二型，雷霆2000、工蜂六型、雲漢、玄機、固體導管火箭等計畫，對各型不同試件進行設備修改，以執行氣熱力環境模擬測試或絕熱材料驗証等試驗，解決研發中遭遇的問題，都是當初設備籌建意想不到的收穫。在此操作使用長達十四年間，不論維修、保養或配合不同試件修改設備、更新等工作，均不假手外人，由本組自行承擔完成。本設備還因包括丙烷、JP-5燃料系統及助燃劑氧氣系統，被院內工安主管單位列為危險工作區域，在同仁特別注重工安下，未曾發生重大意外事故。
<P><B>行囊滿滿</B>
<P>廿餘年七千多個日子裡行囊滿滿，在同仁鼎力支持及相互合作下，深深地體會到團隊合作的重要與榮耀。今後不僅有擎天三型持續研發，也還會有飛行速度更快、更遠的飛彈待開發與試驗，亦就表示需要有壓力更大、溫度更高、速度更快、高度更高的測試設備待籌建。「始終如一」的我將懷著感恩的心，踏實、穩健、愉悅地走下去，努力地去作一個快樂的幕後英雄。
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