北航回忆录：0.2毫米的加工误差导致歼六发动机涡喷六发 ...

回忆涡喷－六发动机断轴故障分析工作

　

赵文利

　

1973年11月，刚刚从哈尔滨工业大学调回北航，组织安排我到学校科研工作管理机关——科研组工作。当时文化大革命还没有结束。学校最高权力部门是北京航空学院革命委员会，下设的教务组负责学校教学、科研与型号研制生产生产工作。教务组下面又设立三个组：教学组、科研组与生产组。这个科研组的前身就是文革前的科研部或科研处。文革后称为科研处。详细全面地说，我的岗位在北京航空学院革命委员会教务组科研组。当时有个开玩笑的说法：“大组套小组，越套越糊涂”。当时的科研组机关只有几个人。组长张锡纯，由于身体不佳，有时不能上班，日常工作经常由徐学贤代理。徐主要负责科研管理。洪家庆同志主要负责实验室管理。李嘉瑶侧重学术交流与科技外事活动管理。金长发的任务是恢复北航学报。王顺荣侧重办公室行政事务。刘念荫不久前刚刚从汉中回到北航，协助洪家庆从事实验室管理。我被安排协助徐学贤做科研管理工作。我们的办公室在老主楼二层，正面靠北，与教学组和生产组相邻。主楼三层东北角上台阶是一个大办公室，地面铺了木地板，情报资料室就在这里，工作人员是王维礼、周杏芬和李重阳。门外台阶下，走廊南端断头用一道门窗封闭起来，陈克锵、王平、李凤华三位翻译在这里办公。

北航毕业后我被曹传钧老师推荐到哈尔滨工业大学火箭发动机教研室任教。做的都是教学、科研与实验室建设三个方面的具体业务工作。回到北航后到科研处从事技术管理，对于我是一个转折，需要适应。好在其他同志都比我年长、觉悟高、经验丰富。大家就是我最好的榜样和老师。

不到一年，1974年秋，我就接受了一项政治意义大、技术难度高的任务，也就是标题所述的涡喷－六发动机断轴故障分析工作。这是开始技术管理工作后经历的第一个挑战。

一天早晨上班，隔壁办公室的王绍曾老师招呼我过去。1957年考入北航发动机系时，绍曾老师就是我们的副系主任，二级教授，在发动机系德高望重，老师尊重，学生也敬重。在机关里，绍增老师是院革委会教务组的副组长，分管科研生产，对我们百般关照，我们与他特别亲近。关闭办公室大门，绍增老师下达了任务。原来，几个小时以前，头一天的晚上，发动机系在沈阳参加会议的熊昌炳老师打来长途电话向绍增老师紧急请示：歼六飞机由于发动机屡次发生涡轮轴断裂引发的一级事故（机毁人亡），影响严重，中央领导严令迅速解决。航空工业部有关领导要求北航承担完成故障原因分析任务。该任务意义重大，但是技术难度更高，发动机系现有老师以及当时的学术技术差距太大，无力承担，特向学校汇报请示如何表态。绍增老师当即指示熊昌炳老师回复：国家任务第一，紧急时刻必须急国家所急，北航无条件 地接受任务，技术难度大，北航将集中全校力量保证按期完成任务。绍增老师告诉我，已经商定，我作为他的助手，参加这项重大、紧急科研任务。对航空工业部报告，北航开展这项任务由绍增老师挂帅。绍增老师告诉我，他已经上了年纪，前几年重病一场后腿脚行动不便，他出面挂帅，但是实际工作当然还是由科研组实施。具体讲，就是由我这个助手去做，制定工作计划报告绍增老师，老师指正、拍板，然后按照计划实施。
关于这项任务，还有两个背景需要说明。

第一个背景就是任务的重要性。这个任务非常急迫。当时是“歼六万岁”时代，歼六前后总共生产了四千五百架，那时我国空军主力战机就是歼六，歼七飞机那时还很少，可能仅有两百架左右。由于频繁出现断轴事故，不断地摔飞机，只好缩短发动机使用寿命，规定工作40小时就要停飞返厂大修。空军报告，到1974年9月24日统计，停飞的歼六已经超过60%。担负歼六停飞已经波及北京空防，不得不紧急从西南调来一些歼七飞机进驻杨村机场。当年南海西沙军情紧张，空军派出歼六到达西沙群岛上空并且拍照登报公布。听空军说，照片上有四架飞机，其实出发时还多，有的飞机半途接近40小时的发动机限制寿命，只好提前返回。可以想象，60%的飞机停飞，国家的空防陷入多麽危急的状况。任务急迫，还有外交原因，歼六出口到巴基斯坦，由于断轴摔死了巴基斯坦一名军阶很高、非常能干的飞行员。反应强烈，人家要求我国大使出席葬礼并且为亡者抬灵柩。驻巴基斯坦大使紧急请示，周恩来总理批示“赔偿损失、彻底解决事故”，叶剑英元帅批示“严惩凶手”。中央要求航空工业部每月一次上报排故工作进展。航空工业部要求当事的112厂与410厂每周一次报告任务进展。

第二个背景是这项任务的技术难度很高。其实，摔飞机是延续了相当长时间。故障分析也开展了很久，早在一年以前航空工业部已经下达任务，委托中国科学院力学研究所李敏华教授承担涡喷六涡轮轴应力分析任务。时间花费一年，任务还是未能完成。就在中央限令解决这样紧急情况下，在沈阳开会时，李敏华教授提出：这项任务技术难度太大，你们航空工业部也不要只盯着我。其实你们的北航的实力也很强，北航的王德荣教授还是我的老师呢，你们是不是应当把我的老师请出来呀！于是航空工业部的眼光就转向了北航，这就是前面提到的熊昌炳老师深夜长途电话紧急请示汇报一事的由来。

如何完成这项时间紧迫而且技术难度很高的任务？从组织管理与顶层设计方面，科研组机关，具体而言就是绍增老师和我，从指导思想上确立了三个原则。

第一，            任务复杂、难度大，超出了发动机系能力范围，应当将任务收到学校，学校指挥，调动全校人力、物力资源，保证任务完成。

第二，            任务技术难度大，需要及时引进新技术，提高科研队伍水平，解决难题。

第三，            任务时间紧迫，需要充分依靠外援，包括航空工业部、空军以及先行开展涡轮轴应力分析的中科院力学所李敏华教授。

后来的实践证明了这些决策的正确。

如何落实这三个原则？

为了落实第一条原则，首先成立了学校直接领导管理的课题组。课题组行政方面由绍增老师挂帅，业务方面由王德荣教授但当组长。鉴于发动机系结构教研室的老师，由于业务领域的限制，结构力学方面不可能投入太多的精力，这一专业领域的造诣也会受到一定的局限，决定涡轮轴应力分析的工作主要由飞机系结构强度教研室选派得力人手，挑选了谌潜与王寿梅两位强手担责。熟悉发动机结构与工作环境的熊昌炳当然也是课题组成员，以他的经验为谌、王提供应力分析解算中的边界条件与初始条件。反过来，谌、王两位在结构力学方面的优势又会支持熊老师。应力分析解算中需要大量发挥计算机的功能，选择了基础课部数学教研室熟悉计算数学与电子计算机的罗炳海，让他在课题组中侧重计算数学与上计算机运算方面的工作。来自三个系的五位尖子组成了体现学校最高水平的课题组。当时北航在计算机设备方面在国内高校中位居前列。但是受到时代限制，学校计算中心的FELIX C—256计算机也不过仅仅有256K内存。这台计算机是罗马尼亚按照法国IRIS—60计算机仿制生产的。运到中国想推销给航空工业部。航空工业部派北航计算机专业的老师前往罗马尼亚驻华大使馆实际考察。考察结果，对于航空工业部，这台计算机小了一些，不够用，但是对于北航很合用，比当时中科院计算机所研制的108、109等计算机好多了。那时中科院研制的计算机内存才32K\64K。尤其是这台罗马尼亚计算机配备的IBM软件相当齐全、好用。由于这台计算机的输入采用卡片或纸带穿孔输入，课题组还需要一位专门的数据穿孔员。学校缺少这样的辅助人员，向航空工业部汇报后立即通知成都420厂派来一名专职穿孔员。穿孔员一般都是心灵手巧的女孩子。420厂拍来的却是一位眉清目秀的小伙子。他是技术员，穿孔也熟练。主要因为女朋友在北京，两地分居，自报奋勇来到北航课题组。合作时期证明，这位小伙子穿孔员表现确实不错。

为了落实第二条原则，分析总结了力学所遇到阻碍的技术原因。由于涡轮轴形状奇特，与经常见到的形状匀称规则的各种轴不同，涡轮轴直径沿轴线不断增大，成为喇叭形状，而且喇叭口附近还有用于气体密封的几圈尺寸严格的环形台阶，断裂往往就从台阶根底发生。李敏华教授试图寻找应力分布的解析解，对于这样奇形怪状的轴，形状曲线都不连续，求解当然很难。当时在计算结构力学领域刚刚诞生了有限元方法。不去寻求解析解，而是通过网格迭代近似计算的方法进行数值计算。有限元法将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。举一个简单的比喻，解析计算是要通过解微分方程求出函数精确解，有限元计算则是弹性力学的一种近似解法，它将连续体变换为离散化结构，然后再利用分片插值技术与虚功原理或变分方法寻求近似数值解。网格足够多、足够细小，数值解的精度也就越高。网格的划分设定，能够达到工程需要的计算精度就行了。那个时候，有限元领域只有个别院校刚刚进入，北航也仅仅做一些规则形状结构的简单例题计算。全面分析，考虑到课题组技术基础，考虑到学校的计算设备能力，尤其是看到解析方法的障碍，总体抉择，北航课题组迅速完成涡轮轴应力分析任务，需要采用有限元方法。这个技术方面的正确、果断的决策，保证了整个任务的迅速完成。

第三条原则是在任务开展中逐渐铺开的。前面技术分析阶段，已经充分吸取了力学所李敏华教授的经验。课题研究初期，当完成一个重要阶段，进行检查总结，有时还邀请李敏华教授来北航参加讨论、评价。记忆深刻的是李敏华教授与我的一次谈话。参加技术总结会后，她感慨地告诉我，非常羡慕北航课题组。第一，北航课题组有学校直接的、强有力的领导与支持。第二，北航课题组跨学科合作好，我们做课题过程中，即使我的力学工作做完了，也要到计算所请他们继续做数值计算，然后还要到计算机所去上机。一个循环就花费了几个月的时间。初步尝试的结果出来后又要进入下一轮的修正和试算。因此，我那里需要到处求人帮忙，进度还非常慢。你们北航，一个课题组里面都解决了，进度当然快。她还肯定我们选择有限元方法作为技术途径。

涡轮轴应力分析解算工作的第一阶段是总体设计与探索。确定采用有限元方法后首先用学校的计算机做了练习与粗略的试算。掌握以后开始进行学校内的调试程序，然后试验开展低精度的计算。这个阶段也顺利通过了。验证了技术途径的正确。如果进行细密网格、更高精度的计算，达到工程计算精度的要求，那末北航自己的计算机的能力就难以胜任了，必须寻求运算速度高、内存大、外设强、软件丰富的高性能计算机。

当时，国内计算能力最强的计算机有两台，一台是北京大学刚刚研制成功的运算速度达到每秒一百万次的150计算机。另一台是上海华东计算所研制的运算速度每秒82万次的655计算机。150计算机在华北油田，用于石油勘探数据处理。速度高一些，但是软件少，科学计算不方便。655计算机在上海嘉定，用于上海原子能所的计算与上海正在轰轰烈烈开展的“708工程”，这台计算机速度慢一点，但是配套的科学计算软件比较丰富，比150计算机更适合北航课题组使用。遗憾的是，655计算机不开放，出去上海自己那两家天之骄子的重点工程之外不允许任何单位使用。

瞄准了655计算机，就开始动用关系，设法打通渠道。“708工程”，后来被命名为“运十”，是上海在航空工业部以外，“地方搞航空”的明星工程。地方搞航空，名义上是在航空工业部以外自己搞。但是 实际上“708”上马后，上海从全国各地的航空工业院校、厂、所挖走许多技术骨干。航空工业部的工厂与设计研究所多数在东北、西北、三线等艰苦地区。凡是被选中调到“708”的，上海都给解决户口，上海从外地挖人非常容易，航空工业的大批技术骨干孔雀东南飞，落户上海。为了655计算机，10月14日我乘飞机到达上海。出发时我已经准备了材料：航空工业部领导写给驻“708”联络组组长，原430厂领导蒋祖同的信，请蒋总通过“708”设计院为北航课题组搞到655计算机的机时。此外我还做了个人联络准备：“708”设计院强度设计室主任赵金德与气动设计室主任姚应佐都是刚刚从北航飞机系调动过去的校友。到上海时，蒋总在苏州办事，需要隔一天才回到上海。当天晚上先到家分别拜访了担当室主任的两位校友。说明原委后，两位校友都表示，655计算机分配给“708”设计院的机时，基本上都是强度与气动这两个设计室使用，上机人员需要持有嘉定机房的上机证。既然母校承担的任务是国家与行业紧急任务，必要情况下，他们都可以设法将北航同志带入机房上机。谌潜、王寿梅与他们都共事多年，没问题。王德荣是他们的系主任和老师，他们更敬重。有了这个私下的约定，655计算机机时就有了保证。两天后，蒋总带我前往“708”设计院，拜访马凤山院长。说明来访目的后，马总表示国家紧急任务是大家共同的任务，询问北航需要多少机时，何时使用，将来按北航需求保证提供。记得当时我还承诺北航承担相应的机时费用，那时655机的机时费相当昂贵。但是直到任务圆满完成，机时费全部由“708”设计院代付了。上海四天之行，落实了课题组精确计算所需要的当时国内最好的计算机的使用。

655计算机落实以后，课题组在学校完成了最后的技术准备，王德荣、谌潜、王寿梅、熊昌炳、罗炳海即将出发赴上海。临行之前又出现了一点情况，罗炳海老师的夫人患有精神分裂症，家中还有一个小孩，学校幼儿园名额紧张，罗老师的孩子的入托问题还没有解决。为此，立即联络数学教研室，教研室安排了一位平时与罗夫人关系最好的女教师，罗老师出差上海期间入住罗老师家作伴，保证安全。又通过学校后勤领导指示幼儿园马上接罗的孩子入园。

出发前，又做了细致准备。课题组在上海工作期间，哪里住？那里吃饭？由于任务保密，必须安排独立、安全、方便住所。为此，再次拜访空军后勤部。空后司令部提供了介绍信致驻沪空军，还提供了一封空后首长写给驻沪空军政委的个人信件，拜托驻沪空军提供何合适的工作居住场所。科研组的金长发老师家在上海，环境熟悉，拜托金老师带着空后的介绍信与信函先期前往上海准备。驻沪空军为课题组提供了一座独立的别墅，还有几位战士留住保卫。那个漂亮的别墅原来是林彪的儿子林立果在913事件前的“小舰队”的驻地。课题组随后出发，到达上海入住以后，金长发老师回校。

几天以后，课题组从上海来电话，简单报告工作已经展开，一切顺利。也提出来晚间加班时别墅内缺乏食品与开水，当即告诉他们就地采购电炉、水壶、零食，保证工作与生活，经费开支回校后由科研组机关报销。

不久，上海嘉定655计算机上机计算任务完成，课题组回到学校总结。很快，最终的计算结果整理出来。

涡喷六连续发生断轴事故前后两年多，故障原因一直未确定，故障一直没有排除。一派人员主张，原来的苏联设计就有缺陷，是设计不当。另一派则提出，歼六飞机已经使用多年，算上苏联的米格－19，使用年限更久，为何以前那末多年都没事，偏偏近几年才连续断轴？经过北航课题组半年事件的突破性的科研工作，给出了科学的答案。北航的计算证明，断轴发生的台阶根部的过渡圆角半径尺寸对于应力分布有着巨大的影响。设计图纸规定圆角半径为0.6+0.2mm，也就是说应该在0. 6 mm到0. 8mm之间。计算结果表明，在此范围内，应力处于安全范围。当圆角半径减小时，应力显著增加，计算给出了不同圆角半径情况下应力的数值。可以看出，当圆角半径小于图纸规定时，应力急剧增加，圆角半径更小时应力将超出安全范围。

设计所与工厂，领导与工作人员，终于明白了。有了北航的计算结果，迅速明白了断轴故障的根源，不是设计问题，而是制造加工质量问题。现场检查、实地检验发现，工厂的涡轮轴产品中，这个圆角半径，有的产品小于图纸规定，有的降低到0. 4 mm，甚至只有0. 2 mm，这样的涡轮轴，难免发生断轴事故。这个圆角半径的超差，就是导致机毁人亡的严重事故的根源。

为何出现圆角半径小于规定数值？原因是涡轮轴由耐热高温高强材料构成。这种材料比较“黏”，切削困难，刀具磨损迅速。半径为0. 6 mm 的圆角刀，磨损不均衡，两侧磨损更快，于是车床上挑这个环形台阶沟槽时，刀具的圆角半径很容易磨损成为更小、甚至超差的圆角半径，这样的刀具加工出来圆角半径小于规定数值的超差产品。可叹的是当班的工人不明白后果的严重，不知道这十分之一毫米、十分之二毫米的误差将要导致机毁人亡。

故障原因找到了，重点检查零件、刀具这个圆角半径的措施加强了，断轴事故就陆续减少、最终消失了。

中国一度将近60%歼击飞机停飞、空防几乎丧失的危机过去了。鉴于这项科研成果的重大意义，文革结束以后1978年召开的全国科学大会上，北航的这项科研成果获得国家奖励。

伴随着故障分析任务的完成，北航科研人员的学术技术水平也提高到更高的新的水平。在中国，北航第一个成功地将国外刚刚诞生的有限元法应用到航空工业的工程实践，解决了涡喷六涡轮轴这样复杂形状结构的应力分布计算问题。多少科学技术人员访问北航，寻求有限元法的知识与经验。应对社会需求，熊昌炳老师开始举办普及推广有限元法的学习班，将近两年时间，熊老师办了一期又一期的学习班。回顾过去，这一段经历可能是熊老师最忙碌、收获也最多、人生最有意义的一段历史。

三十七年过去了，当年35岁的我，如今已经72岁。我最敬爱的王绍曾老师已经离去。王德荣老师也离开了大家。金长发老师也已经逝世。谌潜老师早已调往航天部工作。熊昌炳老师、罗炳海老师虽然已经两鬓斑白，校园内不时还能见到他们的身影，王寿梅老师依然神采奕奕、身体健康。

深切思念逝去的老师，衷心祝愿建在的各位健康、长寿！


http://slxh.buaa.edu.cn/kx060206.htm

为了熟悉背景，回忆过去，看一看当年雄壮威武的歼六飞机的照片。

傲游截图20141231155636.jpg (65.42 KB, 下载次数: 34)

下载附件 保存到相册

2014-12-31 15:57 上传

傲游截图20141231155731.jpg (117.52 KB, 下载次数: 34)

下载附件 保存到相册

2014-12-31 15:58 上传

回忆涡喷－六发动机断轴故障分析工作

　

赵文利

　

1973年11月，刚刚从哈尔滨工业大学调回北航，组织安排我到学校科研工作管理机关——科研组工作。当时文化大革命还没有结束。学校最高权力部门是北京航空学院革命委员会，下设的教务组负责学校教学、科研与型号研制生产生产工作。教务组下面又设立三个组：教学组、科研组与生产组。这个科研组的前身就是文革前的科研部或科研处。文革后称为科研处。详细全面地说，我的岗位在北京航空学院革命委员会教务组科研组。当时有个开玩笑的说法：“大组套小组，越套越糊涂”。当时的科研组机关只有几个人。组长张锡纯，由于身体不佳，有时不能上班，日常工作经常由徐学贤代理。徐主要负责科研管理。洪家庆同志主要负责实验室管理。李嘉瑶侧重学术交流与科技外事活动管理。金长发的任务是恢复北航学报。王顺荣侧重办公室行政事务。刘念荫不久前刚刚从汉中回到北航，协助洪家庆从事实验室管理。我被安排协助徐学贤做科研管理工作。我们的办公室在老主楼二层，正面靠北，与教学组和生产组相邻。主楼三层东北角上台阶是一个大办公室，地面铺了木地板，情报资料室就在这里，工作人员是王维礼、周杏芬和李重阳。门外台阶下，走廊南端断头用一道门窗封闭起来，陈克锵、王平、李凤华三位翻译在这里办公。

北航毕业后我被曹传钧老师推荐到哈尔滨工业大学火箭发动机教研室任教。做的都是教学、科研与实验室建设三个方面的具体业务工作。回到北航后到科研处从事技术管理，对于我是一个转折，需要适应。好在其他同志都比我年长、觉悟高、经验丰富。大家就是我最好的榜样和老师。

不到一年，1974年秋，我就接受了一项政治意义大、技术难度高的任务，也就是标题所述的涡喷－六发动机断轴故障分析工作。这是开始技术管理工作后经历的第一个挑战。

一天早晨上班，隔壁办公室的王绍曾老师招呼我过去。1957年考入北航发动机系时，绍曾老师就是我们的副系主任，二级教授，在发动机系德高望重，老师尊重，学生也敬重。在机关里，绍增老师是院革委会教务组的副组长，分管科研生产，对我们百般关照，我们与他特别亲近。关闭办公室大门，绍增老师下达了任务。原来，几个小时以前，头一天的晚上，发动机系在沈阳参加会议的熊昌炳老师打来长途电话向绍增老师紧急请示：歼六飞机由于发动机屡次发生涡轮轴断裂引发的一级事故（机毁人亡），影响严重，中央领导严令迅速解决。航空工业部有关领导要求北航承担完成故障原因分析任务。该任务意义重大，但是技术难度更高，发动机系现有老师以及当时的学术技术差距太大，无力承担，特向学校汇报请示如何表态。绍增老师当即指示熊昌炳老师回复：国家任务第一，紧急时刻必须急国家所急，北航无条件 地接受任务，技术难度大，北航将集中全校力量保证按期完成任务。绍增老师告诉我，已经商定，我作为他的助手，参加这项重大、紧急科研任务。对航空工业部报告，北航开展这项任务由绍增老师挂帅。绍增老师告诉我，他已经上了年纪，前几年重病一场后腿脚行动不便，他出面挂帅，但是实际工作当然还是由科研组实施。具体讲，就是由我这个助手去做，制定工作计划报告绍增老师，老师指正、拍板，然后按照计划实施。
关于这项任务，还有两个背景需要说明。

第一个背景就是任务的重要性。这个任务非常急迫。当时是“歼六万岁”时代，歼六前后总共生产了四千五百架，那时我国空军主力战机就是歼六，歼七飞机那时还很少，可能仅有两百架左右。由于频繁出现断轴事故，不断地摔飞机，只好缩短发动机使用寿命，规定工作40小时就要停飞返厂大修。空军报告，到1974年9月24日统计，停飞的歼六已经超过60%。担负歼六停飞已经波及北京空防，不得不紧急从西南调来一些歼七飞机进驻杨村机场。当年南海西沙军情紧张，空军派出歼六到达西沙群岛上空并且拍照登报公布。听空军说，照片上有四架飞机，其实出发时还多，有的飞机半途接近40小时的发动机限制寿命，只好提前返回。可以想象，60%的飞机停飞，国家的空防陷入多麽危急的状况。任务急迫，还有外交原因，歼六出口到巴基斯坦，由于断轴摔死了巴基斯坦一名军阶很高、非常能干的飞行员。反应强烈，人家要求我国大使出席葬礼并且为亡者抬灵柩。驻巴基斯坦大使紧急请示，周恩来总理批示“赔偿损失、彻底解决事故”，叶剑英元帅批示“严惩凶手”。中央要求航空工业部每月一次上报排故工作进展。航空工业部要求当事的112厂与410厂每周一次报告任务进展。

第二个背景是这项任务的技术难度很高。其实，摔飞机是延续了相当长时间。故障分析也开展了很久，早在一年以前航空工业部已经下达任务，委托中国科学院力学研究所李敏华教授承担涡喷六涡轮轴应力分析任务。时间花费一年，任务还是未能完成。就在中央限令解决这样紧急情况下，在沈阳开会时，李敏华教授提出：这项任务技术难度太大，你们航空工业部也不要只盯着我。其实你们的北航的实力也很强，北航的王德荣教授还是我的老师呢，你们是不是应当把我的老师请出来呀！于是航空工业部的眼光就转向了北航，这就是前面提到的熊昌炳老师深夜长途电话紧急请示汇报一事的由来。

如何完成这项时间紧迫而且技术难度很高的任务？从组织管理与顶层设计方面，科研组机关，具体而言就是绍增老师和我，从指导思想上确立了三个原则。

第一，            任务复杂、难度大，超出了发动机系能力范围，应当将任务收到学校，学校指挥，调动全校人力、物力资源，保证任务完成。

第二，            任务技术难度大，需要及时引进新技术，提高科研队伍水平，解决难题。

第三，            任务时间紧迫，需要充分依靠外援，包括航空工业部、空军以及先行开展涡轮轴应力分析的中科院力学所李敏华教授。

后来的实践证明了这些决策的正确。

如何落实这三个原则？

为了落实第一条原则，首先成立了学校直接领导管理的课题组。课题组行政方面由绍增老师挂帅，业务方面由王德荣教授但当组长。鉴于发动机系结构教研室的老师，由于业务领域的限制，结构力学方面不可能投入太多的精力，这一专业领域的造诣也会受到一定的局限，决定涡轮轴应力分析的工作主要由飞机系结构强度教研室选派得力人手，挑选了谌潜与王寿梅两位强手担责。熟悉发动机结构与工作环境的熊昌炳当然也是课题组成员，以他的经验为谌、王提供应力分析解算中的边界条件与初始条件。反过来，谌、王两位在结构力学方面的优势又会支持熊老师。应力分析解算中需要大量发挥计算机的功能，选择了基础课部数学教研室熟悉计算数学与电子计算机的罗炳海，让他在课题组中侧重计算数学与上计算机运算方面的工作。来自三个系的五位尖子组成了体现学校最高水平的课题组。当时北航在计算机设备方面在国内高校中位居前列。但是受到时代限制，学校计算中心的FELIX C—256计算机也不过仅仅有256K内存。这台计算机是罗马尼亚按照法国IRIS—60计算机仿制生产的。运到中国想推销给航空工业部。航空工业部派北航计算机专业的老师前往罗马尼亚驻华大使馆实际考察。考察结果，对于航空工业部，这台计算机小了一些，不够用，但是对于北航很合用，比当时中科院计算机所研制的108、109等计算机好多了。那时中科院研制的计算机内存才32K\64K。尤其是这台罗马尼亚计算机配备的IBM软件相当齐全、好用。由于这台计算机的输入采用卡片或纸带穿孔输入，课题组还需要一位专门的数据穿孔员。学校缺少这样的辅助人员，向航空工业部汇报后立即通知成都420厂派来一名专职穿孔员。穿孔员一般都是心灵手巧的女孩子。420厂拍来的却是一位眉清目秀的小伙子。他是技术员，穿孔也熟练。主要因为女朋友在北京，两地分居，自报奋勇来到北航课题组。合作时期证明，这位小伙子穿孔员表现确实不错。

为了落实第二条原则，分析总结了力学所遇到阻碍的技术原因。由于涡轮轴形状奇特，与经常见到的形状匀称规则的各种轴不同，涡轮轴直径沿轴线不断增大，成为喇叭形状，而且喇叭口附近还有用于气体密封的几圈尺寸严格的环形台阶，断裂往往就从台阶根底发生。李敏华教授试图寻找应力分布的解析解，对于这样奇形怪状的轴，形状曲线都不连续，求解当然很难。当时在计算结构力学领域刚刚诞生了有限元方法。不去寻求解析解，而是通过网格迭代近似计算的方法进行数值计算。有限元法将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。举一个简单的比喻，解析计算是要通过解微分方程求出函数精确解，有限元计算则是弹性力学的一种近似解法，它将连续体变换为离散化结构，然后再利用分片插值技术与虚功原理或变分方法寻求近似数值解。网格足够多、足够细小，数值解的精度也就越高。网格的划分设定，能够达到工程需要的计算精度就行了。那个时候，有限元领域只有个别院校刚刚进入，北航也仅仅做一些规则形状结构的简单例题计算。全面分析，考虑到课题组技术基础，考虑到学校的计算设备能力，尤其是看到解析方法的障碍，总体抉择，北航课题组迅速完成涡轮轴应力分析任务，需要采用有限元方法。这个技术方面的正确、果断的决策，保证了整个任务的迅速完成。

第三条原则是在任务开展中逐渐铺开的。前面技术分析阶段，已经充分吸取了力学所李敏华教授的经验。课题研究初期，当完成一个重要阶段，进行检查总结，有时还邀请李敏华教授来北航参加讨论、评价。记忆深刻的是李敏华教授与我的一次谈话。参加技术总结会后，她感慨地告诉我，非常羡慕北航课题组。第一，北航课题组有学校直接的、强有力的领导与支持。第二，北航课题组跨学科合作好，我们做课题过程中，即使我的力学工作做完了，也要到计算所请他们继续做数值计算，然后还要到计算机所去上机。一个循环就花费了几个月的时间。初步尝试的结果出来后又要进入下一轮的修正和试算。因此，我那里需要到处求人帮忙，进度还非常慢。你们北航，一个课题组里面都解决了，进度当然快。她还肯定我们选择有限元方法作为技术途径。

涡轮轴应力分析解算工作的第一阶段是总体设计与探索。确定采用有限元方法后首先用学校的计算机做了练习与粗略的试算。掌握以后开始进行学校内的调试程序，然后试验开展低精度的计算。这个阶段也顺利通过了。验证了技术途径的正确。如果进行细密网格、更高精度的计算，达到工程计算精度的要求，那末北航自己的计算机的能力就难以胜任了，必须寻求运算速度高、内存大、外设强、软件丰富的高性能计算机。

当时，国内计算能力最强的计算机有两台，一台是北京大学刚刚研制成功的运算速度达到每秒一百万次的150计算机。另一台是上海华东计算所研制的运算速度每秒82万次的655计算机。150计算机在华北油田，用于石油勘探数据处理。速度高一些，但是软件少，科学计算不方便。655计算机在上海嘉定，用于上海原子能所的计算与上海正在轰轰烈烈开展的“708工程”，这台计算机速度慢一点，但是配套的科学计算软件比较丰富，比150计算机更适合北航课题组使用。遗憾的是，655计算机不开放，出去上海自己那两家天之骄子的重点工程之外不允许任何单位使用。

瞄准了655计算机，就开始动用关系，设法打通渠道。“708工程”，后来被命名为“运十”，是上海在航空工业部以外，“地方搞航空”的明星工程。地方搞航空，名义上是在航空工业部以外自己搞。但是 实际上“708”上马后，上海从全国各地的航空工业院校、厂、所挖走许多技术骨干。航空工业部的工厂与设计研究所多数在东北、西北、三线等艰苦地区。凡是被选中调到“708”的，上海都给解决户口，上海从外地挖人非常容易，航空工业的大批技术骨干孔雀东南飞，落户上海。为了655计算机，10月14日我乘飞机到达上海。出发时我已经准备了材料：航空工业部领导写给驻“708”联络组组长，原430厂领导蒋祖同的信，请蒋总通过“708”设计院为北航课题组搞到655计算机的机时。此外我还做了个人联络准备：“708”设计院强度设计室主任赵金德与气动设计室主任姚应佐都是刚刚从北航飞机系调动过去的校友。到上海时，蒋总在苏州办事，需要隔一天才回到上海。当天晚上先到家分别拜访了担当室主任的两位校友。说明原委后，两位校友都表示，655计算机分配给“708”设计院的机时，基本上都是强度与气动这两个设计室使用，上机人员需要持有嘉定机房的上机证。既然母校承担的任务是国家与行业紧急任务，必要情况下，他们都可以设法将北航同志带入机房上机。谌潜、王寿梅与他们都共事多年，没问题。王德荣是他们的系主任和老师，他们更敬重。有了这个私下的约定，655计算机机时就有了保证。两天后，蒋总带我前往“708”设计院，拜访马凤山院长。说明来访目的后，马总表示国家紧急任务是大家共同的任务，询问北航需要多少机时，何时使用，将来按北航需求保证提供。记得当时我还承诺北航承担相应的机时费用，那时655机的机时费相当昂贵。但是直到任务圆满完成，机时费全部由“708”设计院代付了。上海四天之行，落实了课题组精确计算所需要的当时国内最好的计算机的使用。

655计算机落实以后，课题组在学校完成了最后的技术准备，王德荣、谌潜、王寿梅、熊昌炳、罗炳海即将出发赴上海。临行之前又出现了一点情况，罗炳海老师的夫人患有精神分裂症，家中还有一个小孩，学校幼儿园名额紧张，罗老师的孩子的入托问题还没有解决。为此，立即联络数学教研室，教研室安排了一位平时与罗夫人关系最好的女教师，罗老师出差上海期间入住罗老师家作伴，保证安全。又通过学校后勤领导指示幼儿园马上接罗的孩子入园。

出发前，又做了细致准备。课题组在上海工作期间，哪里住？那里吃饭？由于任务保密，必须安排独立、安全、方便住所。为此，再次拜访空军后勤部。空后司令部提供了介绍信致驻沪空军，还提供了一封空后首长写给驻沪空军政委的个人信件，拜托驻沪空军提供何合适的工作居住场所。科研组的金长发老师家在上海，环境熟悉，拜托金老师带着空后的介绍信与信函先期前往上海准备。驻沪空军为课题组提供了一座独立的别墅，还有几位战士留住保卫。那个漂亮的别墅原来是林彪的儿子林立果在913事件前的“小舰队”的驻地。课题组随后出发，到达上海入住以后，金长发老师回校。

几天以后，课题组从上海来电话，简单报告工作已经展开，一切顺利。也提出来晚间加班时别墅内缺乏食品与开水，当即告诉他们就地采购电炉、水壶、零食，保证工作与生活，经费开支回校后由科研组机关报销。

不久，上海嘉定655计算机上机计算任务完成，课题组回到学校总结。很快，最终的计算结果整理出来。

涡喷六连续发生断轴事故前后两年多，故障原因一直未确定，故障一直没有排除。一派人员主张，原来的苏联设计就有缺陷，是设计不当。另一派则提出，歼六飞机已经使用多年，算上苏联的米格－19，使用年限更久，为何以前那末多年都没事，偏偏近几年才连续断轴？经过北航课题组半年事件的突破性的科研工作，给出了科学的答案。北航的计算证明，断轴发生的台阶根部的过渡圆角半径尺寸对于应力分布有着巨大的影响。设计图纸规定圆角半径为0.6+0.2mm，也就是说应该在0. 6 mm到0. 8mm之间。计算结果表明，在此范围内，应力处于安全范围。当圆角半径减小时，应力显著增加，计算给出了不同圆角半径情况下应力的数值。可以看出，当圆角半径小于图纸规定时，应力急剧增加，圆角半径更小时应力将超出安全范围。

设计所与工厂，领导与工作人员，终于明白了。有了北航的计算结果，迅速明白了断轴故障的根源，不是设计问题，而是制造加工质量问题。现场检查、实地检验发现，工厂的涡轮轴产品中，这个圆角半径，有的产品小于图纸规定，有的降低到0. 4 mm，甚至只有0. 2 mm，这样的涡轮轴，难免发生断轴事故。这个圆角半径的超差，就是导致机毁人亡的严重事故的根源。

为何出现圆角半径小于规定数值？原因是涡轮轴由耐热高温高强材料构成。这种材料比较“黏”，切削困难，刀具磨损迅速。半径为0. 6 mm 的圆角刀，磨损不均衡，两侧磨损更快，于是车床上挑这个环形台阶沟槽时，刀具的圆角半径很容易磨损成为更小、甚至超差的圆角半径，这样的刀具加工出来圆角半径小于规定数值的超差产品。可叹的是当班的工人不明白后果的严重，不知道这十分之一毫米、十分之二毫米的误差将要导致机毁人亡。

故障原因找到了，重点检查零件、刀具这个圆角半径的措施加强了，断轴事故就陆续减少、最终消失了。

中国一度将近60%歼击飞机停飞、空防几乎丧失的危机过去了。鉴于这项科研成果的重大意义，文革结束以后1978年召开的全国科学大会上，北航的这项科研成果获得国家奖励。

伴随着故障分析任务的完成，北航科研人员的学术技术水平也提高到更高的新的水平。在中国，北航第一个成功地将国外刚刚诞生的有限元法应用到航空工业的工程实践，解决了涡喷六涡轮轴这样复杂形状结构的应力分布计算问题。多少科学技术人员访问北航，寻求有限元法的知识与经验。应对社会需求，熊昌炳老师开始举办普及推广有限元法的学习班，将近两年时间，熊老师办了一期又一期的学习班。回顾过去，这一段经历可能是熊老师最忙碌、收获也最多、人生最有意义的一段历史。

三十七年过去了，当年35岁的我，如今已经72岁。我最敬爱的王绍曾老师已经离去。王德荣老师也离开了大家。金长发老师也已经逝世。谌潜老师早已调往航天部工作。熊昌炳老师、罗炳海老师虽然已经两鬓斑白，校园内不时还能见到他们的身影，王寿梅老师依然神采奕奕、身体健康。

深切思念逝去的老师，衷心祝愿建在的各位健康、长寿！


http://slxh.buaa.edu.cn/kx060206.htm

为了熟悉背景，回忆过去，看一看当年雄壮威武的歼六飞机的照片。

傲游截图20141231155636.jpg (65.42 KB, 下载次数: 34)

下载附件 保存到相册

2014-12-31 15:57 上传

傲游截图20141231155731.jpg (117.52 KB, 下载次数: 34)

下载附件 保存到相册

2014-12-31 15:58 上传