热血风之子——记我国风洞设计专家刘政崇

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热血风之子
——记我国风洞设计专家刘政崇  

科学时报     作者：保婷婷 周建君


    1967年，当26岁的刘政崇背起行囊从海滨城市大连辗转来到四川省西北部的深山沟时，他的生活便永远作别了城市的喧嚣。那时的他，常常拿起心爱的竹萧，把一曲醉人的《苏武牧羊》吹给眼前的崇山峻岭……
    时间一年年过去，岁月在崇山峻岭间留下了全亚洲最大的风洞群，也在刘政崇的黑发间添上了一抹抹银白。加上在大连工作的时间，刘政崇和风洞打了整整46年的交道，亲自主持和参与设计了11座不同型号的风洞，而每一座风洞背后，无不彰显着我国航空航天事业的一次次腾飞。
    “世界风洞建设飞速发展，我们要迎头赶上，就必须闯出一条有中国特色的风洞设计之路。”
    在没有见到刘政崇之前，记者一行首先参观了群山掩映中的亚洲最大风洞群。风洞的构造就像一条弯弯曲曲的管道，它是研究气流与物体相对运动、相互作用规律的基础设备，在发展航空航天技术中始终发挥着不可替代的先导作用。每一座风洞的诞生必将导致飞行器的升级换代。因此，风洞被誉为航空航天飞行器诞生的摇篮。
    早在1907年，德国就成立了“哥廷根空气动力试验院”，为德国航空工业长期处于世界领先地位做出了卓越贡献；美国于1915年成立国家空气动力研究机构，极大地促进了航空业的发展；日本也在1953年组建了包括空气动力研究试验在内的国家级机构，使其一举在世界航空航天领域占有一席之地……1967年，我国开始筹建空气动力研究基地。在沈阳空气动力研究院从事了几年风洞设计的刘政崇，自愿来到四川的崇山峻岭中，成为支援“三线建设”的技术骨干。
    当时，世界主要发达国家以庞大的风洞试验群为依托，航空航天工业得到了迅猛的发展。我国的歼击机、导弹、火箭等一大批武器型号相继上马，迫切需要进入风洞进行空气动力试验，而国外对我国进行了严密的技术封锁。严酷的现实和强烈的反差深深刺痛了刘政崇的心：“建设咱们自己的风洞，就永远不要指望别人。”
    1959年，刘政崇刚刚中专毕业，来到沈阳空气动力研究院工作。那时我国的风洞设备技术研究在钱学森、郭永怀等老一辈科学家的主持下刚刚起步。为了尽快踏入建设风洞的门槛，刘政崇从零开始学习。他一遍又一遍透视风洞的五脏六腑，先一块一块肢解，然后一口一口地吃，虽满口苦涩，却也津津有味。1+1、1+2的知识蜕变，终于使他从一个门外汉成为一个真正从事风洞设计研究的行家里手。在他和同事们的不懈努力下，转眼几年间，三座0.6米风洞相继建成。在很长一段时间内，成为我国主要的跨超声速研究试验设备。
    十年磨一剑。但磨出让中国自己建造的“柔壁喷管”却何止10年？
    喷管是跨超声速风洞产生均匀高速气流的重要部件，被称作跨超声速风洞的“心脏”。上世纪60年代，欧美一些发达国家，已经相继拥有了性能先进的跨超声速风洞，其重要标志就是采用了“柔壁喷管”，从而使一座风洞可以模拟跨超声速区域内任何一个速度。
    飞行器遨游茫茫苍宇，速度之快，转瞬即逝。若在风洞中模拟这样的速度，没有“柔壁喷管”是难以想象的。20世纪70年代中期，我国的风洞仍采用落后的“固块喷管”，这种喷管重达数吨，每一套只能模拟一个飞行速度，要获得不同的飞行数据必须在试验中不停地更换。不但试验成本极其高昂，更致命的是获取的数据量非常有限。
    为适应航空航天事业发展，解决我国飞行器型号试验的迫切需要，国家一度准备从国外引进一套1.2米风洞“柔壁喷管”，对方开价1800万美元，而且没有还价的余地。这对于当时的中国来说，不啻是个天文数字。而没有柔壁喷管，就无法顺利推进超声速飞行器的研制工作。国内航空航天界急切的呼唤像重锤一样敲打着刘政崇的心。
    其实，早在10年前，初出茅庐的刘政崇就开始了柔壁喷管的研制工作。1964年，国家第一个0.3米跨超声速风洞柔壁喷管面向全国招标，当时因我国工艺水平低，建设难度太大，一直到订货会结束时都没人敢订货。还仅是助理技术员的刘政崇勇敢地走进了国家计委国防司，要求接受任务。国防司长问他：“这是国家第一个，你有把握吗？”他立即回答：“任何事情都有第一，没有第一个怎么会有第二个？”
    1967年，刘政崇的课题组终于成功地在0.3米跨超声速风洞中研制了我国第一个柔壁喷管，填补了我国风洞建设史上的空白。
    小风洞的成功并不意味着大风洞也能成功，1979年9月，基地组成联合攻关小组，刘政崇牵头负责1.2米风洞柔壁喷管的研制。两个多月夜以继日的方案设计成功后，刘政崇又马不停蹄地以驻厂代表的身份住进青岛锻压机械厂，一住就是一年零三个月，完成了“柔壁喷管”重达300吨的非标准设备加工任务，仅仅花费了500万元人民币，在我国机械加工史上写下了光辉的一页。
    1982年底，柔壁喷管安装完毕。看到两块巨大的柔板缓缓协调移动，形成一副光滑的喷管时，站在出口的刘政崇毫不掩饰地流下了泪水。迄今，1.2米跨超声速风洞已安全运行了6万余次，完成我国轰六、超七等军用飞机和导弹、卫星等飞行器型号试验200余项，为我国航空、航天事业的发展立下汗马功劳，被誉为一代“功勋风洞”。
    随着1.2米风洞的建设成功，刘政崇逐渐走向成熟。他知道，要改变我国风洞建设的落后面貌，必须立足国情，走中国特色的风洞设计之路。
    “创新是科技工作者的使命，在世界风洞设计前沿领域的竞争中，中国一定要占有一席之地。”
    1994年5月，我国空气动力学界一项宏大的工程在空气动力研究基地隆重奠基，它就是亚洲最大的2.4米跨声速风洞。作为发展我国航空、航天飞行器和现代兵器不可缺少的一项大型国防科研基础设施，它的建成，标志着我国空气动力研究水平跻身国际先进行列。
    风洞建设是一个涉及多学科、跨专业的系统集成科学，它囊括了包括气动力学、结构力学、材料学、自动化控制、声学等20余个专业领域。而跨声速范围是气流变化最为复杂的一个领域，也对飞行器的气动性能影响最为强烈。1947年，美国兰利研究中心研制成功世界上第一座跨声速风洞。以风洞试验为基础，1948年人类的飞行器第一次突破了“音障”。随后，伴随着跨声速飞行器发展的推陈出新，世界发达国家在跨声速风洞设计前沿领域的争夺日趋激烈，风洞试验段的尺寸越来越大、试验数据越来越精确、试验模拟越来越逼真。但是由于这一研究领域的尖端性和复杂性，世界上仅有少数发达国家拥有2米量级的跨声速风洞。
    设计建造一座世界级的大型跨声速风洞一直是中国风洞人的梦想。聂荣臻元帅和著名科学家钱学森在我国最早的空气动力建设规划中就提出了建设大型风洞的设想。由于科学技术水平的落后和经济基础的薄弱，风洞建设几经搁浅。1995年，设计一座亚洲最大的2.4米引射式跨声速风洞的重任历史性地落到了刘政崇的肩上。
    这个项目刘政崇已经等待了很久，从60年代开始，他就有针对性地加强学习和积累资料，并开展了大量的前期设计和测算工作。他深知，我国大型跨声速风洞起步晚、差距大，决不能跟着国外亦步亦趋，而要大胆创新、勇于超越。
    凭着多年的风洞设计与施工经验，刘政崇带领课题组和军内外114个单位的上万名科技工作者做了一千余次技术大协调，总共设计审核一万多张图纸，各专业技术文件四百余份，克服了风洞设计、安装和调试等六大技术难关；在国际上首创了采用中压气源驱动的多喷管引射器方案，实现了跨声速风洞常压与增压运行，试验雷诺数为世界常规跨声速风洞之最，马赫数和总压控制精度达到国际先进水平，并创造了世界风洞建设史上“时间最短、投资最少”两个第一。这座风洞的建成，结束了我国无世界级跨声速风洞的历史，标志着我国跨声速风洞的整体设计水平和试验能力跻身世界先进行列，并先后完成了用于载人航天发射的“长征二号F”型运载火箭、歼轰七等大量飞行器型号的试验，为我国载人航天事业和我军新型武器装备的研制建设做出了重大贡献。
    是的，面对这座集世界先进技术于一身的风洞，外国人不得不惊讶!同类型的风洞，俄罗斯花了8年，瑞典花了5年，而刘政崇和他的同事们只花了三年半，经费只有国外的三分之一。
    创新之路永无止境。随着世界高新技术武器装备的发展，特种风洞又成为当前国外风洞设计发展的一个新方向。同时，我国新型直升机、战斗机和载人航天事业的发展也对特种风洞建设提出了新的需求。
    2000年，刘政崇担任了我国第一座直径为5米的立式风洞建设的总设计师。为解决5米立式风洞试验段风速快速调节、试验段正蝶形速度场和试验段内气流脉动等问题，确保风洞建设万无一失，刘政崇带领课题组于2002年设计、建成了一座缩尺1/15的引导风洞，先后进行了300多次引导试验，解决了立式风洞设计中的关键技术，验证了在方案设计中遇到的“单回流”“双回流”的问题，最终决定采取“单回流”方案，为设计的成功优选提供了可靠的依据和最有力的佐证。
    在立式风洞试验段快速调节方案选择上，他们充分借鉴了旁路调节方案，通过试验研究，采取试验段下游扩散段内设置调速装置，实现了快速调节，而通常快速调节是通过风扇变距，电机变转速和弯路实现，此方案大大节约了研发成本，满足了试验要求。同时，刘政崇在借鉴国外同类风洞技术的基础上，更新设计理念，在快速调节、风扇变矩、主流阻尼器、旁路调节器四大关键技术上，提出5项原始创新方案，经过上百次的试验验证，成功运用于设计、建设中，大大提高了风洞的技术效能。
    2001年，刘政崇又担任了4.5米直流式立式风洞及其引导式风洞的总设计师，开创了直流开口射流布局方案，为这一风洞的研制成功奠定了坚实的基础；2002年，他担任了2米超声速风洞的副总设计师，为我国超声速飞行器的研制成功提供新的试验平台。
    面对世界新军事革命的浪潮和空气动力研究的发展趋势，刘政崇始终怀着强烈的责任感和使命感，迈出了新的步伐。近年来，他在深入研究分析国内外风洞发展状况的基础上，提出了我国风洞设计发展的新思路，即由静态设计向动态设计发展，向全面的多条件下的复杂风洞设计转变；突破科研机制上的“瓶颈”，打破气动和结构上的设计差异；跟踪国内外最新发展动态，把结冰风洞、热结构风洞、大型运输机风洞、汽车风洞，特别是4.8米跨声速风洞等十大主力先进性风洞列入重点攻关项目，大步赶超世界先进水平。
    “成就事业离不开人格力量的支撑。风洞已成为我生命中的一部分，如果有来生，我还要搞风洞”
    刘政崇不仅在事业上取得了非凡的成就，其人格魅力在基地乃至中国风洞设计研究领域也有口皆碑。
    一座风洞到底有多少个零部件，很少有人计算过。但小到一个螺栓都要进行画图设计、严格加工，却是不争的事实。
    作为风洞的设计者，刘政崇对每一座风洞的研究，都是从成千上万张设计图纸起步的。他深知，如果设计图纸出现了误差，就可能严重影响后期建设工作；如果零件加工出现问题，就可能使国家投入巨资建设的风洞毁于一旦，给中国航空航天事业造成不可估量的损失!
    1997年，2.4米跨声速风洞运动部件在兰州石油化工机器总厂加工，为确保风洞建设质量，55岁的刘政崇毅然从紧张的科研工作中脱出身来，带领科技人员驻厂跟踪作业，当起了普通的军代表。白天，他穿上工作服扑在施工现场，常常连续工作十几个小时。有时遇到技术难题，他就像一个老工人一样和技术人员蹲在地上边画图边讨论，经常通宵不眠。肚子饿得受不了，就自己回宿舍熬点稀饭。
    刘政崇对部件加工质量要求很高，每一项质量检验都亲自参加，不可靠的部件坚决要求返工，从不手软。一次，他发现一种大型调压阀存在缺陷，连续监督工厂返工五次都不过关，厂方以材料费过高为由拒绝再次加工，刘政崇晓之以情，动之以理，反复强调质量重于泰山的道理，终于使厂方心悦诚服地接受了再次返工的要求。
    担任多项重大风洞设计项目的总设计师后，刘政崇更加严格要求自己，从风洞建设总设计图到零部件图，从方案论证、成本核算到建设的工艺性、可行性和建成后的使用维护等方方面面都要认真研究、仔细琢磨，努力做到百分之百的“零差错”。在2.4米跨声速风洞设计中，他坚持严把成本工艺、数据计算、试验研究、现场施工“四关”，先后审校设计图纸21000多张，编写气动、结构、测量、控制和液压等专业技术文件400余份，纠正大到数据、小到标点的差错300余次，到现场蹲点检查200多个日夜，使这一庞大的工程建设项目没有出现任何大的疏忽和错漏。
    风洞设计工作不但创新性强、科技含量高，而且工作异常艰苦繁重，刘政崇总是身先士卒，冲锋在前，为身边同志做好表率。1.2米风洞进行第一次吹风试验时，他挣脱工作人员的劝阻，毫不犹豫地爬上了柔壁喷管顶部，忍受着110分贝的巨大噪声轰鸣，像欣赏自己孩子一样贪婪地趴在风洞上面观察喷管的密封和震动……，一直等到一分钟试验完全结束。当别人将头晕目旋、站都站不稳的他从喷管上搀扶下来时，他却开心地笑了，第一次吹风就圆满成功，柔壁喷管为他争了气!
    面对多次立功受奖和接受党和国家领导人接见的荣誉，刘政崇处之泰然。如果真要追名逐利的话，他早就离开山沟，不知道有多少单位对他虚席以待。只要他愿意，光是把他四十多年翻译的外文资料出版成译文集就可以赚大钱、出名气。但是，他的兴趣不在于此，而在中国风洞群这片壮丽的事业中——“风洞已成为我生命中的一部分，如果有来生，我还要搞风洞”刘政崇如是说。  




[ 2005年5月23日 ]