我们自己的孩子—直七

上世纪七十年代初，中央开始部署我国重型直升机的研制项目，当时的中央军委副主席叶剑英元帅指示的目标很明确，要求这种直升机可运载一个排的兵力，这型直升机后来被命名为直－７。直－７采用六片桨叶的旋翼系统，装两台７９２涡轴发动机。设计指标为：最大起飞重量１４４００千克，有效商载３５００千克，最大速度２４０千米／小时，航程３５０千米，实用升限５０００米。
◆操纵系统－精心设计
　　我们直－７研制人员按当时的编制，被称为＂直－７连＂。由于当时正处于文化大革命中，各种条件都比较差，全连大约７０多位男同志，就住在一个很大的房子里，一个大通铺，人挨着人，设计室则设在试飞院大礼堂里。
　　我主管的是直－７航向操纵系统的设计。航向操纵，用行话说就是脚操纵。蹬左脚，机体向左转弯，蹬右脚，机体则转向右方。由于长时间转向，飞行员会很疲劳，于是，我们就用电动助力机构代替飞行员蹬脚操作。后来，我们选择了耗电量小、尺寸小、重量轻的ＤＧ－２５Ｆ型电动机构。
　　无论是固定翼飞机还是直升机，操纵面所需的操纵力矩均很大，单靠人力是难以实现的，这时就要用到液压助力器。操纵线从脚蹬出发，通过多个支架、摇臂和拉杆的联接，最后系接到助力器上，只要轻轻地推－下操纵杆或蹬一下脚蹬，助力器就会产生１０００千克左右的力，灵活地控制整个直升机的飞行。操纵直升机时，各个拉杆、摇臂都在空间运动着。当然，这种规律性的运动，可以通过计算机精确地计算出来，但结果并不直观，很难进行整体协调，稍有疏忽，拉杆或摇臂就会碰到机体其他部分，甚至被卡死，这样造成的后果不堪设想。于是，设计中的首要技术问题，就是精确测量各个拉杆、摇臂的运动轨迹。在精确测量各个拉杆、摇臂运动轨迹的方法中，当时国外流行的是划模线图法，即在常年恒温的模线室里仔细画出每个操纵摇臂及操纵拉杆在各种操纵状态下的运动位置图。这样的话，各个系统的设计工程师可从该图上一目了然地看出操纵系统的运动是否会影响其他系统的工作。限于当时的条件，我们在五合板上完成了运动模线图测绘。由于设计中发生了多起系统不协调现象，最后，我们在钢板上绘出了各个操纵线系的运动模线，保证了操纵系统的安全设计。
◆拉杆计算一细致审慎
　　直升机上面有许多动部件，如发动机、旋翼、尾桨、自动倾向器等等，这些部件使直升机的振动问题尤为突出。因此，操纵系统中的每根拉杆，其固有振动频率都要避开这些运动部件转速的整数倍，以免发生共振。因为一旦发生共振，就会直接影响操纵系统的功能及其操纵效率，为此，直－７操纵系统的数十根拉杆，都进行了其固有频率的计算。
　　直升机各操纵系统中的拉杆，是系统中的主要构件，首先需要保证它在工作中具有－定的静强度，换言之，绝不能在使用中被拉断。操纵系统的拉杆，其受力状态不是拉力、就是压力，力学上把这种情况称为＂二力构件＂。在受到压力时，就可能产生一个现象，即＂失稳现象＂。什么是＂失稳现象＂，这很好解释，找一根细细的木棍，将其一端放到地上，另一端置于手掌心，然后慢慢用力压这根木棍，当加力到一定大小时，木棍就自然而然地弯曲了，这就是＂失稳现象＂。直－７上较长的拉杆一米有余，受到的压力可达几百千克，如果不计算－下其失稳的载荷，会留下安全隐患。最后，我们将所有拉杆的失稳载荷都计算了一次，以确保安全。
　　有一次，我到空军一个飞机修理厂出差，发现车间里有许多操纵拉杆，经询问修理厂的主管领导，原来这些拉杆都是在飞机大修时换下来的。我仔细观察了－下这些拉杆，发现每根拉杆上面都有非常清晰的裂纹，而且裂纹都集中在拉杆铆接孔周围。很显然，飞机飞行中，这些拉杆受到了较大的交变载荷，所出现的裂纹就是疲劳裂纹，如果检修不周，这些裂纹造成的后果会具灾难性。这次经历给了我深深的触动，回到阎良后，我把设计图纸反复检查了一遍，并向领导提出建议，在操纵系统的每根拉杆两端都进行喷丸处理，也就是通过一套设备，将小钢珠喷打到拉杆上。这样做，虽然工艺复杂一些，但可以延缓拉杆的疲劳破坏，延长拉杆的疲劳寿命，确保飞行安全。
◆动态试验一严密组织
　　１９７１年夏，中央下达了＂７１８＂工程，即我国准备研制洲际弹道导弹，这是一项关系到国威、军威的重大决策。但是，护航、打捞舰船及直升机均要求由我国自己制造。当时的形势是＂弹等舰、舰等机＂，就是说导弹研制进度有保证，就等着舰船，而舰船方面也没问题，就等着直升机。而这个直升机，就是我们当时正在加紧研制的直－７。在当时这种背景下，直－７要上舰令我们兴奋、自豪，但又深深地感到压力之大。由于直－７是两个单位联合研制，考虑到工作方便，上级决定组建直－７研制指挥部办公室，简称直－７办，我被选调到直－７办技术组工作，主管直－７的六十六项各种试验。
　　会骑自行车的人都知道，自行车的把手既不能太活，又不能太死。太活，自行车很难掌握：太死，转起弯来十分别扭，这就是操纵性和稳定性协调最生动的一个典型例子。对直升机来说，如果一个操纵系统的动态特性不好，例如，当飞行员需要拉起直升机时，轻轻一拉杆，整个机体未见动静，飞行员只得进行第二次操作，这一工作还未进行完，直升机对第一次操作才开始反应。这样，飞行员又觉得拉得过头了，又得压杆，压杆第一次不见效，又得实施第二次操作。如此这般的恶性循环，不仅会给飞行员造成直升机很难驾驶的感觉，严重时还会造成飞行事故。飞机研制中有一个棘手问题，即空中飞行时的＂飘＂或＂摆＂，其原因也是如此。所以，整机操纵系统的动态试验是直升机研制中必不可少的重要环节。
　　直－７操纵系统的整个操纵线系由许多零件如轴承等组成，各零件之间不可能密不透风，因而存在着间隙，各零件之间又要进行相对运动，所以各零件之间又有摩擦力存在，这些间隙、摩擦力的存在，统称＂非线性因素＂，它们对操纵系统的性能及对整架直升机的影响，丝毫不能低估。
　　直－７操纵系统的动态试验包括跟随性试验和阶跃性试验。在跟随性试验中，先在驾驶杆上施加一个正弦力信号，测出操纵面的运动情况，并把给出信号和接收到操纵面反应时的时间差记录下来。通过两种信号的比较，确定出这一操纵系统的跟随性如何，但要符合既定的标准，即操纵面的反应既不能太快，也不允许过于滞后。
　　阶跃性试验中，先在驾驶杆上给一个突发的力信号，测出操纵面的反应。一般情况下，突然给一个力，操纵面也会突然动一下。但实际上是大动一下后，然后慢慢趋于平稳。操纵系统的设计，要求突发力撤去后，操纵面整个运动过程时间不能拖得过长，要符合一定的标准。
　　当跟随性和阶段性都达不到标准时，为使整个直升机既要有好的操纵性，又要有很好的稳定性，就要分析原因，修改设讯这项试验当时在国内是首次进行，直－７由于尚处于研制阶段，因此我们将直－５（即苏制米－４直升机）作为原型机，先对它进行试验，以积累数据和经验。后来在直－５的动态试验基础上，对直－７的动态试验做得相当成功。
◆静力试验一认真施行
　　直－７航向操纵助力器支架是用镁铝合金制造的。由于线系的几次修改，支架形状变得很奇特，将来能否正常工作，不经过试验，根本无法确定。于是，我们就让工厂按图纸生产了一个试验件，按要求加工后，再将试验件带到中国飞机强度研究所进行静力试验。
　　这项试验虽然较小，但仍按要求和流程严格执行，首先将力加载到设计载荷的６７％，然后退载到零。用仪器检查试件，其结果完好无损，第二次加载到设计载荷的１００％，然后退载到零，再次检查，依然完好无损，说明其能正常工作。第三次进行破坏试验，当指挥员刚说完＂加载至１０５％＂时，助力器支架被拉断了，与预期的目标完全一致。试验表明，虽经多次修改，但设计仍然是成功的。
　　还有一项静力试验值得一提，即直－７全机静力试验。飞机各种承力部件在设计中有一个非常重要的问题，即安全系数的取值。一般情况下，安全系数都取１．５，即如果要使自己设计的产品结实并实现一定的功能，就要使产品的承载能力大于正常的使用载荷，两者之比即安全系数。１９７８年８月，直－７其中一架样机在某研究所静力厂房进行了静力试验，当加载到原设计载荷约１３０％时，机体才被破坏，用一句行话来说，这架飞机设计得太结实、太强了。
◆黯然下马
　　起初，中央对直－７的研制很重视，并寄予厚望。但由于种种原因，１９７９年６月２８日，国家决定直－７重型直升机研制工作停止，直－７仅生产了两架原型机就下马了。尽管直－７项目下马，但直－７研制的许多成果为后来成功研制出的直－８重型直升机打下了基础，也填补了我国未研制过重型直升机（１０吨级）的空白。上世纪七十年代初，中央开始部署我国重型直升机的研制项目，当时的中央军委副主席叶剑英元帅指示的目标很明确，要求这种直升机可运载一个排的兵力，这型直升机后来被命名为直－７。直－７采用六片桨叶的旋翼系统，装两台７９２涡轴发动机。设计指标为：最大起飞重量１４４００千克，有效商载３５００千克，最大速度２４０千米／小时，航程３５０千米，实用升限５０００米。
◆操纵系统－精心设计
　　我们直－７研制人员按当时的编制，被称为＂直－７连＂。由于当时正处于文化大革命中，各种条件都比较差，全连大约７０多位男同志，就住在一个很大的房子里，一个大通铺，人挨着人，设计室则设在试飞院大礼堂里。
　　我主管的是直－７航向操纵系统的设计。航向操纵，用行话说就是脚操纵。蹬左脚，机体向左转弯，蹬右脚，机体则转向右方。由于长时间转向，飞行员会很疲劳，于是，我们就用电动助力机构代替飞行员蹬脚操作。后来，我们选择了耗电量小、尺寸小、重量轻的ＤＧ－２５Ｆ型电动机构。
　　无论是固定翼飞机还是直升机，操纵面所需的操纵力矩均很大，单靠人力是难以实现的，这时就要用到液压助力器。操纵线从脚蹬出发，通过多个支架、摇臂和拉杆的联接，最后系接到助力器上，只要轻轻地推－下操纵杆或蹬一下脚蹬，助力器就会产生１０００千克左右的力，灵活地控制整个直升机的飞行。操纵直升机时，各个拉杆、摇臂都在空间运动着。当然，这种规律性的运动，可以通过计算机精确地计算出来，但结果并不直观，很难进行整体协调，稍有疏忽，拉杆或摇臂就会碰到机体其他部分，甚至被卡死，这样造成的后果不堪设想。于是，设计中的首要技术问题，就是精确测量各个拉杆、摇臂的运动轨迹。在精确测量各个拉杆、摇臂运动轨迹的方法中，当时国外流行的是划模线图法，即在常年恒温的模线室里仔细画出每个操纵摇臂及操纵拉杆在各种操纵状态下的运动位置图。这样的话，各个系统的设计工程师可从该图上一目了然地看出操纵系统的运动是否会影响其他系统的工作。限于当时的条件，我们在五合板上完成了运动模线图测绘。由于设计中发生了多起系统不协调现象，最后，我们在钢板上绘出了各个操纵线系的运动模线，保证了操纵系统的安全设计。
◆拉杆计算一细致审慎
　　直升机上面有许多动部件，如发动机、旋翼、尾桨、自动倾向器等等，这些部件使直升机的振动问题尤为突出。因此，操纵系统中的每根拉杆，其固有振动频率都要避开这些运动部件转速的整数倍，以免发生共振。因为一旦发生共振，就会直接影响操纵系统的功能及其操纵效率，为此，直－７操纵系统的数十根拉杆，都进行了其固有频率的计算。
　　直升机各操纵系统中的拉杆，是系统中的主要构件，首先需要保证它在工作中具有－定的静强度，换言之，绝不能在使用中被拉断。操纵系统的拉杆，其受力状态不是拉力、就是压力，力学上把这种情况称为＂二力构件＂。在受到压力时，就可能产生一个现象，即＂失稳现象＂。什么是＂失稳现象＂，这很好解释，找一根细细的木棍，将其一端放到地上，另一端置于手掌心，然后慢慢用力压这根木棍，当加力到一定大小时，木棍就自然而然地弯曲了，这就是＂失稳现象＂。直－７上较长的拉杆一米有余，受到的压力可达几百千克，如果不计算－下其失稳的载荷，会留下安全隐患。最后，我们将所有拉杆的失稳载荷都计算了一次，以确保安全。
　　有一次，我到空军一个飞机修理厂出差，发现车间里有许多操纵拉杆，经询问修理厂的主管领导，原来这些拉杆都是在飞机大修时换下来的。我仔细观察了－下这些拉杆，发现每根拉杆上面都有非常清晰的裂纹，而且裂纹都集中在拉杆铆接孔周围。很显然，飞机飞行中，这些拉杆受到了较大的交变载荷，所出现的裂纹就是疲劳裂纹，如果检修不周，这些裂纹造成的后果会具灾难性。这次经历给了我深深的触动，回到阎良后，我把设计图纸反复检查了一遍，并向领导提出建议，在操纵系统的每根拉杆两端都进行喷丸处理，也就是通过一套设备，将小钢珠喷打到拉杆上。这样做，虽然工艺复杂一些，但可以延缓拉杆的疲劳破坏，延长拉杆的疲劳寿命，确保飞行安全。
◆动态试验一严密组织
　　１９７１年夏，中央下达了＂７１８＂工程，即我国准备研制洲际弹道导弹，这是一项关系到国威、军威的重大决策。但是，护航、打捞舰船及直升机均要求由我国自己制造。当时的形势是＂弹等舰、舰等机＂，就是说导弹研制进度有保证，就等着舰船，而舰船方面也没问题，就等着直升机。而这个直升机，就是我们当时正在加紧研制的直－７。在当时这种背景下，直－７要上舰令我们兴奋、自豪，但又深深地感到压力之大。由于直－７是两个单位联合研制，考虑到工作方便，上级决定组建直－７研制指挥部办公室，简称直－７办，我被选调到直－７办技术组工作，主管直－７的六十六项各种试验。
　　会骑自行车的人都知道，自行车的把手既不能太活，又不能太死。太活，自行车很难掌握：太死，转起弯来十分别扭，这就是操纵性和稳定性协调最生动的一个典型例子。对直升机来说，如果一个操纵系统的动态特性不好，例如，当飞行员需要拉起直升机时，轻轻一拉杆，整个机体未见动静，飞行员只得进行第二次操作，这一工作还未进行完，直升机对第一次操作才开始反应。这样，飞行员又觉得拉得过头了，又得压杆，压杆第一次不见效，又得实施第二次操作。如此这般的恶性循环，不仅会给飞行员造成直升机很难驾驶的感觉，严重时还会造成飞行事故。飞机研制中有一个棘手问题，即空中飞行时的＂飘＂或＂摆＂，其原因也是如此。所以，整机操纵系统的动态试验是直升机研制中必不可少的重要环节。
　　直－７操纵系统的整个操纵线系由许多零件如轴承等组成，各零件之间不可能密不透风，因而存在着间隙，各零件之间又要进行相对运动，所以各零件之间又有摩擦力存在，这些间隙、摩擦力的存在，统称＂非线性因素＂，它们对操纵系统的性能及对整架直升机的影响，丝毫不能低估。
　　直－７操纵系统的动态试验包括跟随性试验和阶跃性试验。在跟随性试验中，先在驾驶杆上施加一个正弦力信号，测出操纵面的运动情况，并把给出信号和接收到操纵面反应时的时间差记录下来。通过两种信号的比较，确定出这一操纵系统的跟随性如何，但要符合既定的标准，即操纵面的反应既不能太快，也不允许过于滞后。
　　阶跃性试验中，先在驾驶杆上给一个突发的力信号，测出操纵面的反应。一般情况下，突然给一个力，操纵面也会突然动一下。但实际上是大动一下后，然后慢慢趋于平稳。操纵系统的设计，要求突发力撤去后，操纵面整个运动过程时间不能拖得过长，要符合一定的标准。
　　当跟随性和阶段性都达不到标准时，为使整个直升机既要有好的操纵性，又要有很好的稳定性，就要分析原因，修改设讯这项试验当时在国内是首次进行，直－７由于尚处于研制阶段，因此我们将直－５（即苏制米－４直升机）作为原型机，先对它进行试验，以积累数据和经验。后来在直－５的动态试验基础上，对直－７的动态试验做得相当成功。
◆静力试验一认真施行
　　直－７航向操纵助力器支架是用镁铝合金制造的。由于线系的几次修改，支架形状变得很奇特，将来能否正常工作，不经过试验，根本无法确定。于是，我们就让工厂按图纸生产了一个试验件，按要求加工后，再将试验件带到中国飞机强度研究所进行静力试验。
　　这项试验虽然较小，但仍按要求和流程严格执行，首先将力加载到设计载荷的６７％，然后退载到零。用仪器检查试件，其结果完好无损，第二次加载到设计载荷的１００％，然后退载到零，再次检查，依然完好无损，说明其能正常工作。第三次进行破坏试验，当指挥员刚说完＂加载至１０５％＂时，助力器支架被拉断了，与预期的目标完全一致。试验表明，虽经多次修改，但设计仍然是成功的。
　　还有一项静力试验值得一提，即直－７全机静力试验。飞机各种承力部件在设计中有一个非常重要的问题，即安全系数的取值。一般情况下，安全系数都取１．５，即如果要使自己设计的产品结实并实现一定的功能，就要使产品的承载能力大于正常的使用载荷，两者之比即安全系数。１９７８年８月，直－７其中一架样机在某研究所静力厂房进行了静力试验，当加载到原设计载荷约１３０％时，机体才被破坏，用一句行话来说，这架飞机设计得太结实、太强了。
◆黯然下马
　　起初，中央对直－７的研制很重视，并寄予厚望。但由于种种原因，１９７９年６月２８日，国家决定直－７重型直升机研制工作停止，直－７仅生产了两架原型机就下马了。尽管直－７项目下马，但直－７研制的许多成果为后来成功研制出的直－８重型直升机打下了基础，也填补了我国未研制过重型直升机（１０吨级）的空白。