運(yùn)十是中國(guó)工業(yè)史上正向設(shè)計(jì)的偉大成就
長(zhǎng)期以來,中國(guó)工業(yè)界的主要設(shè)計(jì)模式都是“反向設(shè)計(jì)”,就是買來別人的產(chǎn)品進(jìn)行拆解,然后對(duì)每一個(gè)零部件進(jìn)行仿制測(cè)繪,最后進(jìn)行組裝調(diào)試。在調(diào)試和批量使用的過程中,通過發(fā)現(xiàn)問題,對(duì)于原始樣機(jī)一點(diǎn)一點(diǎn)進(jìn)行局部改型,進(jìn)行所謂的“優(yōu)化”,有的還可以形成部分局部的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。相對(duì)于這種抄襲仿制的,還有正向設(shè)計(jì)。
何謂“正向設(shè)計(jì)”,就是說從力學(xué)原理設(shè)計(jì)開始,走到總體系統(tǒng)設(shè)計(jì),再到局部分系統(tǒng)設(shè)計(jì),最后到細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì),然后是工業(yè)驗(yàn)證,這套完整的工業(yè)流程。有人說中國(guó)汽車工業(yè)界,至今沒有完成過一套完整的“汽車正向設(shè)計(jì)”。三一重工,盡管取得了卓越的成就,全部都是依靠奔馳底盤的基礎(chǔ)上進(jìn)行整車設(shè)計(jì)。
運(yùn)十飛機(jī)是中國(guó)工業(yè)史上少有的一次正向設(shè)計(jì)的偉大成功,在此馬鳳山總設(shè)計(jì)師、熊焰總指揮為首的總體設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),在中國(guó)工業(yè)歷史和世界工業(yè)歷史上必將載入史冊(cè)。中國(guó)到今天為止,航空工業(yè)界的正向設(shè)計(jì)的飛機(jī),只有運(yùn)十飛機(jī)這一架。
以下出自當(dāng)時(shí)運(yùn)十飛機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)師趙國(guó)強(qiáng)研究員的回憶錄:
· 1970月
1. 載客100人左右;(運(yùn)十飛機(jī)設(shè)計(jì)師吳苕溪研究員評(píng),按照參考機(jī)可以估算出一個(gè)空機(jī)重量在60噸左右)
2. 在轟六基礎(chǔ)上改,不是重新設(shè)計(jì),也不是大改;
3. 采用美國(guó)JT3D─3B或英國(guó)羅羅公司斯貝511發(fā)動(dòng)機(jī)3到4臺(tái);(運(yùn)十飛機(jī)設(shè)計(jì)師吳苕溪研究員評(píng),從這個(gè)數(shù)值估算起飛推力60-80kN)
4. 最大航程5,000公里左右;
5. 飛行高度在
6. 最大飛行速度在900公里/小時(shí)左右;(運(yùn)十飛機(jī)設(shè)計(jì)師吳苕溪研究員評(píng),從這個(gè)數(shù)值估算起飛決斷速度)
7. 在復(fù)雜氣候條件下,不論晝間、夜間均能飛行;
8. 飛機(jī)外型要美觀。
·
· 最大航程
· 最大飛行速度
· 升限
· 最大地面滑跑距離
· 并反復(fù)強(qiáng)調(diào):這個(gè)飛機(jī)一定要有特點(diǎn),就是腿長(zhǎng),要從烏魯木齊不著陸飛到歐洲社會(huì)主義明燈——地拉那(中途著陸加油不安全,任務(wù)油重可以高達(dá)幾十噸),所以航程要加大到
· 1970年10月下旬,三機(jī)部、六院向航空工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)小組上報(bào),將上海研制的大型噴氣客機(jī)正式命名為“運(yùn)
· 轟六改方案的主要缺點(diǎn)就是保留轟六的機(jī)翼,其氣動(dòng)設(shè)計(jì)并不能滿足客機(jī)對(duì)最大飛行速度和航程的要求。(轟六速度是
· 在眾多的方案中,馬鳳山拍板選定以徐福榮、趙國(guó)強(qiáng)、張家順等在1970年8月完成,后來吸收了更多意見完善改進(jìn),得到大多數(shù)贊同的翼吊四臺(tái)915發(fā)動(dòng)機(jī)方案,作為主導(dǎo)方案。(運(yùn)十飛機(jī)設(shè)計(jì)師吳苕溪研究員評(píng),如果說僅僅翼吊就是抄707,那么美國(guó)翼吊飛機(jī)早于707的有很多)
·
·
·
·
從以上回憶錄來看運(yùn)十飛機(jī)總體設(shè)計(jì)大體有五個(gè)階段:
第一階段:700729會(huì)議圍繞“轟六”改
第二階段:中央提出的需求升級(jí),在吊翼和尾吊之間進(jìn)行選擇
第三階段:710419會(huì)議確定吊翼
第四階段:72年開始考察新疆墜毀的B707完善氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)
第五階段:總體布局定義會(huì)審?fù)ㄟ^
嚴(yán)重影響總體布局的需求 |
不太影響總體布局的需求 |
1. 載客100人左右--起飛重量 |
2. 在轟六基礎(chǔ)上改,不是重新設(shè)計(jì),也不是大改; |
3. 采用美國(guó)JT3D─3B或英國(guó)羅羅公司斯貝511發(fā)動(dòng)機(jī)3到4臺(tái)--起飛推力 |
5. 飛行高度在 |
4. 最大航程5,000公里左右—任務(wù)油重/起飛重量 |
7. 在復(fù)雜氣候條件下,不論晝間、夜間均能飛行; |
6. 最大飛行速度在900公里/小時(shí)左右—起飛場(chǎng)長(zhǎng) |
8. 飛機(jī)外型要美觀。 |
運(yùn)十飛機(jī)在提出要求的總體設(shè)計(jì)階段中,曹里懷說“最大地面滑跑距離
我們現(xiàn)在再次推算一下運(yùn)十飛機(jī)的某些總體數(shù)據(jù)來源。
如果最大飛行速度
飛行速度和機(jī)翼升力的關(guān)系是升力與速度平方成正比。假定一般大型民機(jī)機(jī)翼翼型的升力指標(biāo),是在飛機(jī)速度
結(jié)論1:忽略空氣密度的因素,100噸飛機(jī)在起飛速度達(dá)到
結(jié)論2:忽略空氣密度,10噸飛機(jī)在起飛速度達(dá)到
我們查閱運(yùn)十的數(shù)據(jù)可以看到,運(yùn)十的機(jī)翼(干凈)面積是
這樣(
100噸/
假定大型民機(jī)機(jī)翼翼型的升力指標(biāo),是在約起飛速度(
以下繼續(xù)推算起飛場(chǎng)長(zhǎng)
4臺(tái)JT3D─3B發(fā)動(dòng)機(jī)推力為80千牛,如果按照一般民用飛機(jī)推重比為0.3-0.4估算,這樣100噸的起飛重量就是可以達(dá)到的。那么安裝4臺(tái)JT3D─3B發(fā)動(dòng)機(jī)推力為80千牛的100噸飛機(jī)有沒有在
起飛速度被約束住了,這樣需要調(diào)整放大機(jī)翼面積,才能讓升力大幅度提高,把起飛場(chǎng)長(zhǎng)限制在
綜上推算,可以得到若干項(xiàng)符合曹里懷要求的總體設(shè)計(jì)粗略數(shù)據(jù):
空機(jī)重量:60噸
起飛重量:100噸左右
任務(wù)油重:40-50噸
發(fā)動(dòng)機(jī)推力:80千牛
起飛場(chǎng)長(zhǎng):>
機(jī)翼參考面積:
起飛速度:>
飛行速度
以上配套數(shù)據(jù)除了起飛場(chǎng)長(zhǎng)指標(biāo)上以外,基本可以滿足大體上的所有需求,而用戶同意修改。
綜上,在總體布局設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)行了一個(gè)“粗糙的”基本定義:
· 常規(guī)布局
· 翼吊
· 四發(fā),發(fā)動(dòng)機(jī)是JT3D
· 起飛重量100噸
· 起飛場(chǎng)長(zhǎng)>
· 起飛推力80Kn
· 機(jī)翼面積(減掉襟翼張開投影面積后)
· 飛行速度
· 任務(wù)油重40-50噸
這些數(shù)據(jù)推算,與設(shè)計(jì)一架10噸飛機(jī)的數(shù)據(jù)推算沒有任何區(qū)別。這不就是總體設(shè)計(jì)的定義結(jié)果嗎?
波音707飛機(jī)
運(yùn)十飛機(jī)
以上設(shè)計(jì)指標(biāo)在飛機(jī)的試飛當(dāng)中,可以用“最小起飛速度”科目進(jìn)行全面驗(yàn)證。
以上粗估的設(shè)計(jì)指標(biāo) |
運(yùn)十指標(biāo) |
707指標(biāo) |
起飛重量:100噸 |
起飛重量:110噸 |
起飛重量:151噸 |
起飛推力:JT3D─3B*4臺(tái) 80.40Kn(每臺(tái) |
起飛推力:JT3D─3B*4臺(tái) 80.40Kn(每臺(tái) |
起飛推力:JT3D─3B*4臺(tái) 80.02 |
起飛場(chǎng)長(zhǎng):> |
起飛場(chǎng)長(zhǎng): |
起飛場(chǎng)長(zhǎng): |
機(jī)翼面積:> |
機(jī)翼面積: |
機(jī)翼面積: |
起飛速度:> |
起飛速度:> |
起飛速度:> |
這就是設(shè)計(jì)一架飛機(jī)的首輪粗略估算,雖然還沒有涉及到任何關(guān)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),紙上的飛機(jī)輪廓已經(jīng)畫了出來。雖然這僅僅是總體設(shè)計(jì)的一部分,但是總體設(shè)計(jì)當(dāng)中的布局定義、動(dòng)力選型、機(jī)翼面積、起飛場(chǎng) 長(zhǎng)等關(guān)鍵指標(biāo)已經(jīng)有了結(jié)果,凡是設(shè)計(jì)過10噸飛機(jī)的工程人員,也可以如此設(shè)計(jì)100噸啊。某位崔姓飛機(jī)總師在新華社媒體上說,“大飛機(jī)總體設(shè)計(jì)技術(shù)沒有突破”的說法完全不成立!
我們?cè)倏催\(yùn)十與B707的差別。
B707與運(yùn)十起飛推力幾乎一樣(運(yùn)十84kN,707為80kN),而起飛重量大41噸,因此起飛加速度的推力能力肯定小于運(yùn)十,起飛的決斷速度將大于運(yùn)十才可以飛上天,或者是起飛場(chǎng)長(zhǎng)大于運(yùn)十才可以起飛,因此707比運(yùn)十機(jī)翼面積大幾乎
運(yùn)十 |
B707 |
差距 |
|
起飛重量 |
110噸 |
150噸 |
37% |
起飛推力 |
80千牛 |
80千牛 |
0% |
起飛場(chǎng)長(zhǎng) |
|
|
47% |
翼展 |
|
|
5% |
機(jī)翼面積 |
244平方米 |
280平方米 |
16% |
運(yùn)十與B707,翼展長(zhǎng)度差距為
新中國(guó)建立以后,我們有了兩彈一星的“大國(guó)工業(yè)奠基”成就,同時(shí)還有“一艇一機(jī)”少有人提,“一艇”就是核潛艇,“一機(jī)”就是運(yùn)十飛機(jī)。而在運(yùn)十飛機(jī)上我們所獲得最矚目的成就,從中國(guó)工業(yè)歷史而言這是完整一次的“正向工業(yè)品設(shè)計(jì)”,這是中華民族走向現(xiàn)代化工業(yè)社會(huì)的一次“入學(xué)考試”,正如那位波音副總裁、資深飛行員所說的“你們畢業(yè)了”!
運(yùn)十飛機(jī)的工程下馬,帶來現(xiàn)代中國(guó)的三個(gè)巨大損失:
· 與運(yùn)十飛機(jī)價(jià)值幾乎等同的渦扇八發(fā)動(dòng)機(jī)下馬和工業(yè)成果遺失;剛剛建立的上海航空發(fā)動(dòng)機(jī)廠改做汽車配件,這個(gè)推力級(jí)別發(fā)動(dòng)機(jī)的工業(yè)能力直到20年后才恢復(fù)。
· 由于引進(jìn)麥道組裝,剛剛誕生的與運(yùn)十飛機(jī)配套的龐大民族工業(yè)鏈條喪失,直到上馬ARJ21 支線飛機(jī)后才重建,否則今天啟動(dòng)C919的工業(yè)基礎(chǔ)都很難建立。
· 十余年傾國(guó)之力建立的國(guó)際級(jí)飛機(jī)設(shè)計(jì)精英團(tuán)隊(duì)任其消散流失,大師級(jí)飛機(jī)設(shè)計(jì)師馬鳳山總師僅61歲抑郁而逝,到九十年代后期用“兩所整合”的名義撤銷了上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)體系, 其后20多年一直到C919工程上馬,都是基本上采取遣散這支大團(tuán)隊(duì)的措施。所有的運(yùn)十精英不給予一個(gè)評(píng)選科學(xué)院士的機(jī)會(huì),幾乎人人半生“灰頭土臉”。(據(jù)運(yùn)十設(shè)計(jì)師雷世豪研究員回憶,由于當(dāng)時(shí)航空主管領(lǐng)導(dǎo)(某位著名航空院士)要求不得給運(yùn)十通過任何鑒定,在一位負(fù)責(zé)噪聲單項(xiàng)技術(shù)評(píng)審主管的大力要求下,運(yùn)十的減噪技術(shù)是唯一獲得評(píng)審?fù)ㄟ^的項(xiàng)目。這位評(píng)審主管總是后來為此付出的代價(jià)是終身沒有獲得院士成就的評(píng)審資格。)
今天國(guó)家雖然在提倡自主創(chuàng)新,中國(guó)工業(yè)界卻習(xí)慣于急功近利、四處仿制,在這個(gè)到處充斥著低劣工業(yè)化的經(jīng)濟(jì)時(shí)代,我們紀(jì)念運(yùn)十飛機(jī)的偉大成就,就是真正用我們的現(xiàn)代思維能力、科技能力、工業(yè)能力來說明中華民族只有獨(dú)立自主,只有“正向工業(yè)設(shè)計(jì)”,才可以具有偉大復(fù)興的可能性!
寫于

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