
1972年,英国罗罗著名航空发动机工程师斯坦利·胡克率领罗罗代表团来中国谈合作,期间先后受邀访问了北京航空学院(今北京航空航天大学)和沈阳航空发动机制造厂,他是第一个获准走进这些地方的西方人。胡克每天都有写笔记的习惯,有时甚至会录音记录,把自己在中国的经历和见闻都写了下来。后来这些经历被写进了《我是怎么设计航空发动机的》一书,今天读来非常有趣。他对于造访中国这部分经历代表了西方航空动力界对中国航空工业动力部分的观察与思考。以下是斯坦利的回忆:在沈阳的工厂里,差不多有一万名工人,大家都干得热火朝天。他们的主要工作是生产两型战斗机发动机。这两型发动机都是由苏联图曼斯基局设计的,然后照搬成中国版本。其中,第一型WP-6,也是比较早的发动机,根据俄罗斯的RD-9B仿制而成,是一个简洁的单转子发动机,推力等级为5700磅力,加力推力略高于7000磅力。两台 WP-6给J-6(MiG-19)和JJ-6教练机提供推力,这两型飞机在附近的飞机制造厂进行生产。根据我们的估算,每个月他们能生产50台发动机,这个生产率让我很羡慕。而另一型发动机是WP-7,对应的是苏联图曼斯基局的R-11。这是一型双转子的涡喷发动,加力推力14000 磅力,正在为J-7(MiG-21)飞机进行大规模生产。斯坦利·胡克曾设计过罗罗“灰背隼”发动机的增压系统,显著提升了发动机的性能。工厂的大体结构布局并不让我意外,这基本上就是1955年的工厂风格,里面大量布置了原产自苏联的机床。真正让我意外的,是这些机器都被重新改造过了,以适应工厂的实地操作;而且这一整个工厂就能完成整个发动机及其附件的全部生产工序。工厂有自己的铸造/锻造车间,可以对叶片、盘等进行铸锻件加工,而且看上去除了原材料之外,他们不需要其他供应商了!此外,产品几乎没有什么问题。在厂房后面,是小的但是有用的试验台,上述两种发动机带加力的样机正在进行试验。我被允许操作了两种发动机的油门杆。尽管我对这个操作很精通了,但是我想方设法,既没能让发动机失速,也没产生任何发动机失控的状态。很明显,中国已经掌握了20世纪50年代发动机的全部技术能力,但是他们不知道如何能达到60年代的技术水平,除了他们自己进行了的一些局部研究以外。在我看来,赶上西方国家水平最简单的方式,那就是获得罗罗公司的发动机许可,因此,我在口头上提出了这个建议。我确信,中国人内心是同意这个的,但是他们与俄罗斯的合作经验让他们对于"许可生产"存在一定的怀疑。在1958年到1959年间,他们与俄罗斯之间的关系破裂了,俄罗斯人从中国撤走了,而且带走了全部文档,包括工程图纸、材料规范、制造技术要求等。就像俄罗斯人在1947年针对“尼恩”发动机所做的一样,中国人自行坚持了下来,多年以后成功地开始批量生产这些优秀的发动机。
这是一个让人印象深刻的成就。但是他们还是缺乏具体工程设计和开发经验,也缺乏有经验的工程师。结果就是,虽然他们努力生产出完美的发动机,但是如果发动机服役时出现任何故障的话,他们就没办法处理。因此,他们只能把发动机的寿命降低到100~200小时,生产出的大量零件被用于生产备用发动机,以替换那些出现故障的发动机。他们给我展示了近些年来他们遇到的两个一直没解决的故障。第一个问题是,在WP-7发动机的涡轮叶片枞树型榫头的特定位置,总是容易先产生微小的裂纹,然后完全断掉,整个涡轮叶片在发动机罩内到处乱飞——这对于只有一台发动机的超声速战斗机(米格-21)来说,可不是闹着玩的。另一个问题是,燃烧室钣金件在使用中,经常出现裂纹,而且裂纹会迅速蔓延,直到整块钣金件折断,在涡轮导叶中被打碎,然后直接进入到涡轮中,造成严重损害。涡轮叶片根部安装部位的特定外形在设计理论和加工工艺上要求极高,因为该部位负责把叶片与轮盘连接成一体,且要在工作过程中承受极为恶劣复杂的载荷工况。枞树型榫头的设计有大量的技巧,而且制造也很难。因此,我知道我们没办法直接在现场就解决这个问题,所以我鼓起勇气,答应给他们提供“斯贝”发动机涡轮叶片根部的详细工程图纸。毕竟,他们已经有很多使用“斯贝”发动机的“三叉戟”商用飞机,这样他们就可以自己来研究这个根部的设计。而事实上,中国的民用和军用航空似乎是完全隔离开的,互相之间密不透风,他们也不知道可以在民用发动机上找到军用发动机问题的解决方案。他们听到我这么说之后,十分感激。一年后,他们给我展示了他们制造的新“斯贝”型叶根,他们说这个新的叶根性能好了很多。为解决燃烧室不同厚度材料焊接后的膨胀率问题,罗罗采用在材料上开孔的方法。在胡克的回忆录中,他称这些为“钥匙孔形膨胀孔”,原文是Keyhole Slot。而至于燃烧室裂纹问题,我觉得可以在现场给他们立即解决。我曾在惠特尔发动机运行的时候,遇到过同样的问题。这是由于在燃烧室中将不同厚度的钣金件焊接在一起而导致的。随着油门杆位置改变,发动机温度也随着发生变化,薄钣金件的升温和冷却速度都比厚钣金件要快得多,因此这之间就产生了不均衡的膨胀和收缩,从而产生了严重的循环应力。在这个应力作用下,很快就产生了裂纹。对应的解决方案就是把薄钣金件加厚,然后在上面割出我们所称的"膨胀槽",这样就能允许比较微小的形变了。其实,苏联的燃烧室是个无法理解的劣质设计,采用的是半球形头部设计,头部是个很厚重的铸件,上面竟然是用鳍片(散热片)来进行冷却的。而从其外部颜色来看,就知道运行温度肯定很高。在燃烧室头部的后边,是一个薄钣金件的火焰筒,因此在这两者的焊缝处自然就会产生裂纹。这种膨胀孔能有效解决不同厚度材料焊接后在应力作用下的开裂问题,胡克向中国同行提出了这一建议。我向他们解释了这些想法,他们被我的推理完全折服。我建议他们在制造头部的时候,采用和圆柱体部件同样规格的金属片,并在上面开膨胀槽。同样,他们可以在北京航空学院的“尼恩”发动机上看到这样的设计。一年后,他们完成了这个改进设计。通过我们的简短讨论和手绘草图,他们对燃烧室进行了重新设计,并完全解决了这个问题,我也因此名声大噪。因此我也有机会向他们指出,如果我们能建立一个合作的基础,我们将帮他们点出许多许多这样的类似实践技巧。应该说,胡克在中国访问的经历,以及与基层发动机制造企业的技术交流,促进了罗罗与中国的互信,为双方就“斯贝”生产许可的引进问题创造了良好的条件。