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將從2萬米高空打下來的美機殘件,修復拼裝的美髮動機到最大轉速

對BQM-34A所用J69發動機進行測繪仿製

1965 年 7 月 23 日,六院正式召開會議,會議傳達了總參的指令,決定對216發動機進行測繪仿製,並由北航牽頭。正式布置了測繪仿製發動機的任務,明確了分工。從此無人機仿製先研製發動機,再進行無人機研製的研製方針正式確定下來。

測繪工作正式鋪開後。冒著酷暑,發動機畢業班學生 85 人在教師 36人的指導下,以及 331 廠共同參與測繪的 14 名技術人員和工人的參加下(並有 113 廠技術人員 2 人,哈軍工教員 1 人參加),對那些摔成碎片(圖8)、燒得焦黑的零件開始測繪。

圖8、典型的發動機殘骸零件

有些零件如進氣機匣,甚至要用鐵絲把它穿起來才能「成型」,供測繪之用。顯然這既不同於引進國外專利圖紙及技術資料、也不同於引進國外新的樣品作單純的測繪,而是要作大量的分析研究和設計工作。

對主要零件的材料性質、熱處理與表面處理的分析,是由殘骸取樣後,由三機部材料研究所完成。許多附件先照相保留外觀,然後再用 X 光照相,觀察內部結構,再進行分解。燃油調節器是由 113 廠負責與北航聯合測繪,主要生產圖紙由北航繪製,113 廠負責製造。

在完成測繪零件草圖的基礎上,還進行了零件尺寸進行圓整公制化、材料國產化與成、附件國產化的工作。除了一種與啟動發電機軸相配的花鍵外(因國產啟動發電機花鍵軸也是英制),全部圖紙都採用國家標準。

在材料方面,除了兩種材料以及合成滑油外,全部採用國產材料。成、附件也盡量使用國內已定型產品或按殘骸仿製的(例如電咀)。這些國產化的工作,把研製發動機的基礎放在國內的技術水平上,對減少研製工作量、保證試製工作的順利進展起到了重要作用。在大家的積極努力下,設計草圖於 1965 年 10 月全部完成。

1966 年 1 月,從事設計工作的老師攜帶了全部草圖到 331 廠進行了工藝性審圖。由331 廠組織動員了技術人員 48 人,花費了 12 天,提出圖紙的修改意見近四千條,使圖紙質量進一步提高。

我們教工回校後,組織了第二批發動機設計專業畢業班的學員,正式完成了發動機的全部生產圖紙,經統計,摺合成 A4 圖幅的圖紙約1400 張。由於測繪以及審圖工作做得比較細緻,圖紙質量良好,保證了日後試製工作的順利進行。使得在其後的試製過程中,沒有因為圖紙問題造成重大返工的錯誤。

在經過試製生產及試驗,從解決遇到的難題及數次排故分析中進行了圖紙的完善和修改,並以此為基礎完成了設計定型的圖紙。

1966 年 4 月 7 日,三機部下發(66)三計字 533 號文件《關於開展 J69發動機樣機試製的通知》。在通知中,進一步明確了 J69 的測繪試製工作由北航繼續負責,並確定了參與協作的廠、所。

通知要求,力爭在 1967 年 7 月以前完成發動機零部件及成、附件四台份的生產。力爭全機在 1967 年 10 月上台架,開始調整試車。從這時開始,北航作好了 J69 發動機的測仿研製的各項準備工作。

正當216發動機準備生產的工作如火如荼地全面展開時,文化大革命開始了,216發動機的遭遇可想而知的被停止了。這時許多同學紛紛進入到各個教研室幫助老師鬧革命。無休無止的活動折騰了近一年。

文革中師生組織小分隊繼續進行發動機的修復工作

1967年7月1日後複課鬧革命的時候,進到305教研室(發動機結構教研室)的4331班同學要求朱行健與我為他們講授發動機原理與結構課。在我為他們講課中,介紹了216發動機的情況,並建議是否能邊聽課邊動手恢復216發動機,此建議得到大多數同學同意,於是在系、院領導(當時是刁震川副院長主持工作)的同意,並得到空司科研處的同意後,組建了由教師、技術員、老工人與學生組成的恢複發動機研製、生產的小分隊。

首先測繪了新繳獲的 J69 的改型發動機(J69-T-41),把那些與原准機不全的零組件圖更換成已改型的圖紙。之後向國防科委、空軍科研部申請調撥 4 台J69 發動機殘骸進行恢復與研究。

修復的美國發動機在我們手中成功運轉達到最大轉速

1968 年春季,在空軍司令部科研部有關同志的支持下,從事這項工作的小分隊採用了一種超乎尋常的方法來加速發動機的研製工作,這就是選擇美製發動機殘骸上的完整可用的或可修復的損壞零件(如某些板金件)加以修復,拼湊組裝成一台整機,使之在台架上運轉起來,更好的全面了解發動機的特性,並加速發動機的研製工作。

圖9、渦輪後軸承機匣

由於小分隊擁有多名技術高超的技術員與老工人,如張相禹、李洪濤、李瑛等同志,在他們認真分析,精心操作下,將那些認為被認為無法修復的零件硬是修出來了。例如後軸承機匣(圖9),它是由一個外殼與一個形狀類似尖帽的內殼組成,兩者間由5個帶翼形的支板焊接而成,材料均為板金。在眾多的殘骸中,沒有找到一個完整可用的後軸承機匣,怎麼辦?

沒有這個機匣,發動機就裝不出來!最後,這幾位老同志找到兩個損傷部位不同的後軸承機匣,對每個機匣鋸掉損壞部位,然後精心修整,最後焊接成為一件可用的機匣,解決了這個難題。

圖10、附件傳動機匣

另一個修複比較困難的零件是附件傳動機匣(圖10),它是一個鑄鎂的大零件,其中心部分除裝有附件傳動的中心傳動部件外,還作為軸流轉子的後支點與離心壓氣機的前支點。

附件機匣的上方為與其鑄成一體的上傳動盒,上傳動盒內裝有多個傳動齒輪,前端裝有發電-啟動機、燃油泵與調節器等附件。眾多的飛機殘骸中,所有的附件機匣中的上傳動盒均破碎不堪,無法修復。

這時我們的幾位老師傅發揮了難以想像的作用,他們用鋼板焊接了一個內裝傳動齒輪的長方型盒型結構,然後扣在附件機匣殘骸的上方,將應該裝在附件傳動機匣上的附件,裝在此特製的盒型結構上。

就這樣,這台由從2萬米高空摔下來的零件,加上修復的零件以及獨創的自製的齒輪傳動盒組成的不像發動機的發動機,終於裝到經過改造的試車台台架上了。當拼湊修復起來的舊發動機裝上台架後,如何向其供油成為了最大的難題,最終選技用了「手控閥門」,並使用手控供油的辦法使得 J69 發動機第一次在三館試車台上運轉起來。

在試車中,徐楠同志是操縱油門的關鍵人物,他原來是瀋陽111廠的試車技術員,對渦噴六發動機的試車很有經驗,但是對美國發動機還是第一次遇到,特別是這台美國的J69發動機,在試車中,發動機在加速過程中會在某一轉速(低轉速)下出現特大的振動(此轉速稱臨界轉速),過了這個轉速後,發動機振動值逐漸降低直至平穩在非常小的振動值上,這種現象在轉子動力學中稱超臨界狀態,這是因為在它的離心壓氣機前的滾珠軸承處,裝有彈性支座帶來特點,這也是國內第1種裝有彈性支座的發動機。

徐楠同志在對渦噴六進行試車時,發動機的振動值是隨轉速的增加振動值愈來愈大,到發動機最大轉速時振動值達到最大。在J69第一次試車時,我擔心當發動機轉速達到臨界轉速時徐楠同志根據以往的經驗不敢往前推油門,因為他的經驗是再推油門振動值還要增加,那可就不得了了,所以他會習慣地怕往前推油門而想往回拉油門,為此我專門站在他後面,當轉速達到臨界轉速時,振動表上顯示出振動值極大時,我重重地用手掌拍他的背,並大聲吼道:推!

隨著我的吼聲,徐楠同志不顧一切,當即向前推了油門,奇蹟出現了!振動值立即下降,隨著油門不斷前推,轉速逐漸上升,而振動值越來越小,順利地通過了臨界轉速,此時我與徐楠同志都汗流夾背了。這不僅是J69發動機第一次通過臨界轉速,而且也是國內發動機第一次通過臨界轉速,所以給我留下了深刻印象。

由於有了第一次過臨界轉速的經驗,在以後的試車中,老徐都能輕易地讓發動機通過臨界轉速。

在這台由二萬米上空摔下來的發動機殘骸組裝的「美國J69」發動機,不僅第一次試車就將轉了起來,而且轉速還達到它的最大轉速-每分鐘22000轉,試車的成功,使所有參與發動機修復工作的師生們,欣喜若狂。

想想看,將從2萬米高空打下來的美機殘件,修復拼裝的「美國」發動機,能在我們手中運轉起來而且達到它的最大轉速,這不僅創造了我國航空發動機發展史的奇蹟,而且也在世界航空發展史上創造了奇蹟。

另外,它的開車成功,用現在的觀點看,起到了一台驗證機的作用,證明了這種拼湊修復方法的可行性,也增強了領導和大家的信心、擴大了影響,對其後的研製工作在十年內能持續進行起到了巨大的推動作用。

用修復的「J69發動機」成功試車(1968年冬)的時間,與當時三機部下發的(66)三計字 533 號文件《關於開展 J69發動機樣機試製的通知》中規定的1967年10月上台架的要求,只差1年,這在我國發動機研製中也是少有的。只是用的發動機不是國產的而是修復的美國發動機。

隨後用逐步串裝部分國產零件的方法,又修復了5台舊的美製發動機。第一台完全國產001號發動機於1971年6月完成了裝配並進行了試車。


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