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第16章 为战鹰插上铁翼(3)

理念创新,是说在材料研究中必须建立材料研制和材料应用研究两个理念。两个理念并不是一回事,材料研制是开发300M钢的固有性能,材料应用研究是赋予300M钢特定的服役性能。而技术创新,是指300M钢研制技术和300M钢用作起落架的技术,是两套不同的技术。这两种创新是起落架长寿命的基础。300M钢具有优良的综合力学性能,抗拉强度高于1860兆帕,冲击韧性60焦/厘米 2,断裂韧性70MPa m以上,拉-拉疲劳强度(理论应力集中系数Kt=1) 1150兆帕以上,用它来制造起落架可以实现体积小、重量轻、长寿命和高可靠性。

300M钢的使用目标是飞机起落架。起落架是飞机最重要的承力构件,直接关系到飞机的安全使用。乘坐飞机的人最担心的事情之一就是飞机降落时起落架放下后能否撑得住。

起落架要求的最主要使用性能就是疲劳强度。300M钢固有的高疲劳强度能否满足起落架使用要求呢?经试验发现,300M钢有一个明显的弱点,就是疲劳强度应力集中(材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时,破坏就有可能发生。另外,材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大,这种现象称之为应力集中)敏感。起落架活塞杆中螺纹部位(Kt=5)疲劳强度只有300M钢固有疲劳强度的20%,起落架其他构件的不同部位疲劳强度也都有显著降低,不能满足使用要求!也就是说,有了好材料不一定就能做出高性能起落架。解决的办法不外乎两种:第一,增大构件尺寸和重量。起落架是飞机的一个独立系统,不参与飞机的结构性能,但却决定了飞机的使用安全。打个比方说,起落架在飞机上就像妈妈背上的一个小孩,是个多余的重量,却是一个命根子。所以,起落架是越轻越好。显然这一办法不可行。只能采用第二种办法,那就是抑制疲劳强度应力集中敏感,提高疲劳强度。

从1986年起,各项应用研究在621所各实验室及有关单位紧张地进行。621所提出了材料全面性能测试要求,并发出了“300M钢材料元件性能试验任务书”和试件图样。

抗疲劳细节设计分课题由601所负责。刘德万、杨树勋、张国良、邵永启、张淑兰等同志在材料、结构、强度各专业相互配合。主要完成三个方面的研究:一是起落架整体结构设计,取消焊缝;二是细节设计,降低应力集中水平,改进缓冲器;三是实测载荷谱。

整体制坯分课题由621所压力加工专业白富真同志负责, 112厂负责锻件设计,陕西148厂、德阳二重负责模具设计和锻件加工。宦洪源总工程师等亲临现场,促生中国第一副整体起落架锻件。

控制机械加工分课题由112厂工艺研究所负责,佟素芬同志精心研究3年多,提供了大量试验数据。所谓控制机械加工,就是从整个切削工艺流程中控制参数,保证构件表面完整性。以区别于常规的切削工艺。回火酸浸检查是621所传授给112厂的一种磨削加工表面质量控制检查方法,在国内是首次用于起落架。开始进厂时着实让人担心,因为对氢脆敏感的300M构件磨削后放入酸槽浸泡有违常理,冯玉书同志专门研制了标准试块,使该项工艺得以完善。

表面喷丸强化是使用多年的工艺方法,它能有效地提高疲劳强度,经621所李相斌等同志系统研究后首次进入起落架制造工艺技术体系中。

制孔是飞机构件最重要的工艺之一,疲劳失效最常见于从孔边开始,621所宋德玉研究员研究的挤压强化工艺可以十分有效地提高孔的疲劳强度,这一工艺也首次进入起落架制造工艺技术体系中。起落架活塞杆件螺纹处应力集中系数可达Kt=5,疲劳强度只有300M钢固有疲劳强度的20%。采用挤压强化工艺后,疲劳强度恢复约79%。

表面喷丸、孔挤压和螺纹滚压强化工艺可沿构件表面外形造成一个等疲劳强度包络,构件任何部位的疲劳强度都相当于300M钢固有的疲劳强度。

构件服役条件下若想保持实验室性能,需要对表面进行完整防护,将环境条件与构件隔离。对此,621所刘佑厚同志研究采用了无氰电镀镉-钛和刷镀镉工艺,加上陈婉云、赵志芳研制的防护漆和无氢脆脱漆方法,使300M钢起落架处于复合防护之中,实现了这一设计要求。

10多种工艺创新,实现了赵振业设计的长寿命起落架技术体系,即整体锻件与热工艺技术体系;抗疲劳机械加工技术体系;表层组织再造改性技术体系;表面完整复合防护技术体系;低应力集中细节设计技术体系。

在300M钢全面性能研究和应用工艺技术研究的基础上,开始进入非标准元件试验研究阶段,对单耳片、双耳片、螺栓等的疲劳评价研究,为起落架应用奠定了基础。

实现起落架长寿命

1988年,用300M制造歼8Ⅱ飞机主起落架的战斗在112厂打响。这是300M钢抗疲劳应用技术的工程化生产验证。负责这个分课题的是112厂的胡江海同志,他全面协调着全厂的各技术环节。各相关工艺部门以及总冶金师、总工艺师、副总工艺师全都给予关心和支持。那是个为国家项目开绿灯、人人上阵的年代,所涉及的工序都得到极大的关心和保证。

在整个起落架制造中责任最重的还是起落架车间,车间主任盖克翥、工艺员徐永庆是直接责任者。起落架的材料变了,起落架的制造工艺变了,制造加工的理念、环境也变了,每次切削结束都必须浇防锈切削液,安放构件都改用了木架。至今,赵振业还念念不忘盖主任这位老朋友,长寿命起落架的功臣。徐永庆那时年轻、实干、默不作声,总是一副笑模样。他逐道工序地编制文件,把工艺说明书变成工艺流程单,还把加工好的构件运到沈阳金属研究所去测表面应力。

起落架构件从一个工序流到另一个工序,从一个车间流到另一个车间;112厂的工艺员、601所的设计员、621所的科研人员从一个工序、一个车间走向另一个工序、另一个车间,那里人们总能见到赵振业的身影。

在起落架制造中,贵阳130厂负责真空淬火处理。周萍兴同志负责这个分课题,每次热处理都要将构件从沈阳空运到贵阳,再空运回沈阳,每次跟产队伍浩浩荡荡,颇为壮观。航空部仅有的一台可用于起落架淬火的大型真空炉,为300M钢起落架构件试验积累了宝贵的数据。

300M钢和抗疲劳制造工艺文件顺利通过了生产验证,起落架按设计图装配起来了!

1989年,300M钢起落架疲劳试验正式开始,这是对整个研究工作的考评,上上下下十分关注。

起落架试验分课题由601所负责,杨树勋和邵永启主持。试验内容包括静力试验、落震试验和疲劳试验。静力试验、落震试验在112厂进行,疲劳试验移至哈尔滨122厂进行,试验装置由王高山同志设计。疲劳试验装置分6个通道加载,计算机采集数据,视频监控。试验装置调试基本完成后,准备提供试验评审。

赵振业花了很大精力思考如何才能保证试验成功。他了解了试验装置的控制与记录,应变片的粘贴,载荷谱,还安排了裂纹的观察,甚至对首次发现裂纹起始者的同志给予奖励。在试验装置评审前,他又将注意力集中到了载荷的校正和检测上。当他得知试验系统采用静载校验时,便提出用动载校核复查,并专门请来621所的瞿林楠做检查,果然发现6个通道中有3个通道加载有误差,1个通道载荷误差达50%,2个通道达10%以上。经过更换传感器和部分零件后,试验系统通过评审。这一疲劳载荷校验方法受到设计和试验单位高度评价。随后,赵振业又建议在北京301所立了一个专项,瞿林楠与601所、611所、112厂等疲劳试验单位人员共同研究后,建立了动载检测标准,在航空系统推广应用,以保证试验数据可靠。

疲劳试验开始了。赵振业站在起落架旁,心随着起落架摆动着。邵永启看出了他的紧张,笑着说“不必担心!”这时,赵振业最关心的事又转为“起始裂纹”,因为这对起落架疲劳寿命至关重要。监控方案中曾采用了多种方案,也都在关键危险部位贴了应变片,但毕竟影响因素很多。经过商议,又补充了全面目视检查周期。

哈尔滨的冬天冰天雪地,疲劳试验现场却热气腾腾。试验按照邵永启几年辛勤劳动提供的“实测载荷谱”进行着。随着起落架试验机有节奏地响动,寿命记录有规律地升高:

第一个目标3000飞行小时(27000起落)达到了!

第二个目标5000飞行小时(45000起落)又实现了!

在场人员欣喜若狂。因为这不是一个简单的目标,这是世界最高水平!

下一步怎么办?赵振业决定将试验继续做下去,增载30%继续试验,试至6000飞行小时(54000起落)起落架仍未“起始”裂纹,只好停止试验。

当获得长寿命试验结果传到601所后,航空部飞机局的飞机疲劳与断裂设计(AFFD)组组长贾国荣感慨地说:“我们多年的目标终于让你们实现了。”

万事俱备,只待装机进行飞行试验了。这是最后一关!总装备部飞机局、航空部科技局、621所、601所、112厂及空军驻厂军事代表室都认可试飞安全,但112厂主管技术的副总经理还是不放心。午夜的钟声早已响过,1点,2点……协调会还在进行中。总装备部飞机局副局长马俊杰再次讲了试飞的必要性、可靠性,以及总装备部的支持意见,航空部科技局材料处处长刘才穆提出,如不能达成共识,请112厂主要领导天亮后一起去见何文治副部长。朱炳良副总经理终于签了字。赵振业至今难忘朱副总经理的认真负责精神和对课题的支持,难忘总装备部、航空部领导的正确决策和协调作用。

1990年8月,一个阳光灿烂、蓝天如洗的日子。在某机场,一架安装300M钢起落架的歼8Ⅱ飞机,在跑道起飞线上凝视着前方,张翼待飞。

只见一颗绿色信号弹划过天空。发动,滑行,加速,战鹰腾空而起,直冲蓝天。

爬升,转弯,盘旋,侧飞,低速通场,随后慢慢降低高度,起落架撞击地面后,稳稳地降落在跑道上,试验取得圆满成功。

在场的人们报以热烈的掌声,握手,拥抱,机场一片欢腾。作为300M钢应用研究课题总负责人的赵振业更是激动不已,久久难以平静。

多少艰辛与努力,多少坎坷与奋斗,多少年的追求,今天终于有了满意的结果。

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