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“疲勞”人生——記中國(guó)工程院張福澤院士

2017-09-08 22:36李韶華
兵器知識(shí) 2017年9期
關(guān)鍵詞:福澤疲勞壽命

李韶華

張福澤,1936年出生于遼寧岫巖。1962年畢業(yè)于北京航空學(xué)院(現(xiàn)為北京航空航天大學(xué)),同年10月分配到空軍第一研究所(現(xiàn)為空軍裝備研究院某航空研究所,簡(jiǎn)稱航空所),歷任技術(shù)員、工程師、高級(jí)工程師,空軍首席專家,解放軍總裝備部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)兼職委員、顧問(wèn),中央軍委科學(xué)技術(shù)委員會(huì)顧問(wèn)等職。從事飛機(jī)壽命與可靠性研究。1995年當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。

他先后榮獲全國(guó)科學(xué)大會(huì)成果獎(jiǎng)2項(xiàng),國(guó)家科技進(jìn)步一、二等獎(jiǎng)各1項(xiàng),軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)4項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)。1990年被評(píng)為國(guó)家級(jí)有突出貢獻(xiàn)的中青年專家。1992年評(píng)為全國(guó)12名“科技英才”人物之一。1996年分別榮獲首屆全軍專業(yè)技術(shù)重大貢獻(xiàn)獎(jiǎng)和香港第三屆何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng),2003年獲首屆空軍專業(yè)技術(shù)重大貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。先后受聘空軍工程大學(xué)教授,北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)兼職教授。是我國(guó)十余家航空工業(yè)公司和研究所,在飛機(jī)定壽方面的技術(shù)顧問(wèn)及多個(gè)科技學(xué)會(huì)的理事。

飛機(jī)使用壽命有二大指標(biāo):一是疲勞壽命,二是日歷壽命。疲勞壽命是指在重復(fù)載荷作用下能夠飛行的小時(shí)數(shù);日歷壽命是指飛機(jī)在使用環(huán)境和使用條件下,能夠完成使用功能的持續(xù)日歷時(shí)間。每種飛機(jī)壽命(指結(jié)構(gòu)壽命,下同)在使用環(huán)境和條件下,它是一個(gè)客觀存在的定值。這個(gè)定值是靠人們用科學(xué)的方法,把它確定下來(lái)。如果飛機(jī)壽命值確定過(guò)高,會(huì)造成飛機(jī)的可靠性降低,給使用部門(mén)造成后患;壽命確定低了,會(huì)使飛機(jī)該具有的性能沒(méi)發(fā)揮出來(lái),給國(guó)家造成經(jīng)濟(jì)損失和財(cái)力物力的浪費(fèi)。因此,合理確定飛機(jī)壽命指標(biāo),是保障飛行安全和充分發(fā)揮飛機(jī)經(jīng)濟(jì)效能的關(guān)鍵。對(duì)此,國(guó)際業(yè)界的專家、學(xué)者,圍繞飛機(jī)壽命展開(kāi)了長(zhǎng)期的研究與探索。

張福澤自1966年底步入飛機(jī)結(jié)構(gòu)壽命和可靠性的研究領(lǐng)域之后,一直在這一領(lǐng)域的科研一線從事飛機(jī)疲勞壽命、日歷壽命的研究工作。在不斷探索、創(chuàng)新、追求和攀登中度過(guò)了50多年的科學(xué)研究生涯,以發(fā)明、開(kāi)拓和超越演繹著他的“疲勞”人生。

敢于擔(dān)當(dāng)

1962年,張福澤從北京航空學(xué)院畢業(yè),分配到航空所當(dāng)上了一名技術(shù)員。1967年春節(jié)前夕的一天,已5年沒(méi)回老家的張福澤買好了火車票正在宿舍收拾行李準(zhǔn)備回家過(guò)年。這時(shí),室負(fù)責(zé)人推門(mén)進(jìn)來(lái)說(shuō):“上??哲婏w機(jī)修理廠有一架飛機(jī)修好了,但出不了廠,你去了解一下情況。”于是,張福澤退了回鄉(xiāng)的車票,踏上了駛向上海的列車。到工廠后張福澤了解到,飛機(jī)出不了廠的原因是沒(méi)有總壽命時(shí)間,廠方不敢簽字。他還了解到,因?yàn)轱w機(jī)沒(méi)有總壽命,廠方不敢簽字出廠的飛機(jī)還有數(shù)十架!按理說(shuō),情況了解后就可打道回府了??蓮埜傻牡谝环磻?yīng)是:汽車到壽了,開(kāi)不動(dòng),不會(huì)有什么大的危險(xiǎn);若飛機(jī)到壽了,如果還往天上飛,后果就不堪設(shè)想,如沒(méi)有到壽而停飛又會(huì)造成巨大浪費(fèi)?!斑@么多飛機(jī)急需定壽,我不能空手而歸,應(yīng)對(duì)國(guó)家、對(duì)部隊(duì)盡點(diǎn)職負(fù)點(diǎn)責(zé)?!?/p>

張福澤明知自己是學(xué)飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)的,對(duì)飛機(jī)定壽知之不多,況且,領(lǐng)導(dǎo)并沒(méi)有交給他這一任務(wù),只是讓他來(lái)了解一下情況。此外,他也清楚上級(jí)早就給所里下達(dá)了為飛機(jī)定壽的任務(wù),所里已組織力量進(jìn)行了多年攻關(guān),還做了飛機(jī)的靜力試驗(yàn),但一直沒(méi)有結(jié)果。為了使飛機(jī)盡快出廠,他毅然選擇了為飛機(jī)定壽。于是,他在上海一待就是3個(gè)月,春節(jié)也是在工廠過(guò)的。張福澤琢磨著:飛機(jī)的使用壽命主要是通過(guò)疲勞試驗(yàn)來(lái)確定。發(fā)達(dá)國(guó)家給飛機(jī)定壽一般采用整機(jī)疲勞試驗(yàn)的辦法,這需要昂貴的設(shè)備,耗資巨大,我們能否通過(guò)做主要部件的疲勞試驗(yàn)來(lái)確定飛機(jī)的壽命呢?

張福澤沒(méi)有學(xué)過(guò)疲勞專業(yè),對(duì)應(yīng)該給哪個(gè)部件做疲勞試驗(yàn)兩眼一抹黑。他凝視著被分解的飛機(jī),腦海的創(chuàng)意左沖右突:一個(gè)人能站起來(lái)主要靠脊柱、腿骨來(lái)支撐,如果這些部位出了問(wèn)題,就立不起來(lái)了。飛機(jī)也應(yīng)該是這樣。以此來(lái)分析,飛機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)就在機(jī)身大梁和機(jī)翼大梁了。它們就像脊柱和腿骨一樣支撐著整個(gè)飛機(jī)。最普通的邏輯推理往往孕育著最偉大的科學(xué)構(gòu)想。他突然產(chǎn)生了一個(gè)大膽的想法:做機(jī)身大梁和機(jī)翼大梁疲勞試驗(yàn)!于是,跑圖書(shū)館查資料,找專家請(qǐng)教,蹲車間考察……,3個(gè)月后,一份定壽方案和大梁疲勞試驗(yàn)草圖擺在了所領(lǐng)導(dǎo)的案頭。所領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為張福澤試驗(yàn)方案的方向?qū)︻^,又是空軍急需解決的難題,可以按其方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并讓他擔(dān)任課題組長(zhǎng)牽頭攻關(guān)。從此,張福澤與“疲勞”結(jié)下不解之緣。

然而,做疲勞試驗(yàn)的關(guān)鍵是載荷譜和試驗(yàn)設(shè)備??稍诋?dāng)時(shí),用于疲勞試驗(yàn)的載荷譜和試驗(yàn)設(shè)備都沒(méi)有,一切都得從頭開(kāi)始研究。張福澤帶領(lǐng)課題組成員到飛行次數(shù)較多、飛行科目較全的飛行部隊(duì),在飛機(jī)上裝上單向過(guò)載自記器,克服重重困難,邊學(xué)邊測(cè),并對(duì)實(shí)測(cè)記錄進(jìn)行整理,創(chuàng)造性地編制出我國(guó)第一個(gè)實(shí)測(cè)飛機(jī)疲勞載荷譜,為飛機(jī)的定壽、延壽研究,提供了真實(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和具體測(cè)譜方法。沒(méi)有試驗(yàn)設(shè)備,他親自設(shè)計(jì),并帶領(lǐng)課題組人員自力更生,先后研制成功立式、臥式兩套試驗(yàn)設(shè)備,并獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。沒(méi)有試驗(yàn)廠房就選擇辦公樓一層的一段走廊作實(shí)驗(yàn)室,對(duì)機(jī)身主梁和機(jī)翼主梁做試驗(yàn)。接著又率領(lǐng)機(jī)群延壽課題組成員,苦戰(zhàn)十余年,最終將烏米格-15和米格-15比斯這兩種飛機(jī)由原定的總使用壽命1 700飛行小時(shí)分別延至3 700和3 200飛行小時(shí),相當(dāng)于為軍隊(duì)新增千余架飛機(jī)。該課題1978年獲全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng),張福澤位到獲獎(jiǎng)名單第一人。

1972年,一架殲-5飛機(jī)在一次空戰(zhàn)表演時(shí)空中解體,造成機(jī)毀人亡的事故??哲婎I(lǐng)導(dǎo)憂心忡忡,擔(dān)心這類事故再次發(fā)生。沒(méi)想到1974年,又一架殲-5發(fā)生同樣的事故。不僅犧牲了用黃金培養(yǎng)出來(lái)的飛行員,而且造成殲-5飛機(jī)的全部停飛。事故引起了中央軍委和國(guó)務(wù)院的高度重視,當(dāng)時(shí)主持軍委工作的葉劍英元帥親自過(guò)問(wèn)此事并聽(tīng)取匯報(bào)。由此,對(duì)于飛機(jī)壽命的研究也引起了軍方高層的重視和人們的關(guān)注。

其實(shí),在空軍平日的飛行中,飛機(jī)座艙蓋爆破、起落架折斷等事故也時(shí)有發(fā)生,各系統(tǒng)附件和電子產(chǎn)品的故障更是層出不窮,這些問(wèn)題不解決,不僅對(duì)飛機(jī)飛行安全和出勤率直接產(chǎn)生影響,而且影響我國(guó)航空事業(yè)的發(fā)展。80年代初,上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)決定,把解決航空裝備定壽和可靠性問(wèn)題這一重大工程交給空軍,原國(guó)防科工委撥給空軍7 500萬(wàn)元,作為當(dāng)時(shí)在研的3個(gè)機(jī)型開(kāi)展定壽和可靠性工作經(jīng)費(fèi)。

要知道,1980年代前,我國(guó)近萬(wàn)架軍用飛機(jī),無(wú)論是外購(gòu)的、仿制的、自行研制的,由于都是按靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)的,未做疲勞試驗(yàn),均未給出壽命時(shí)間。因此,使用、修理都存在盲目性,飛行事故屢屢發(fā)生。這些飛機(jī)急待定壽或延壽。為此,空軍、總參裝備部、總后勤部和國(guó)防科工委等領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)都很著急。為了解決這一重大的歷史遺留的系統(tǒng)工程項(xiàng)目,空海軍和航空部曾多方努力向國(guó)家進(jìn)一步申請(qǐng)經(jīng)費(fèi),但都沒(méi)有得到解決,國(guó)家還是堅(jiān)持搞在研的3個(gè)新機(jī)型的壽命課題。在定壽技術(shù)方法上,也沒(méi)找到解決這個(gè)系統(tǒng)工程項(xiàng)目的辦法,因此這項(xiàng)意義重大的系統(tǒng)工程項(xiàng)目一度無(wú)法進(jìn)行。

在研究經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足,上下觀點(diǎn)存在矛盾的情況下,圍繞如何解決近萬(wàn)架飛機(jī)的定壽延壽,在空軍機(jī)關(guān)幫忙的張福澤日思夜想,寢食不安。他利用調(diào)研摸底階段的業(yè)余和節(jié)假日時(shí)間,加班加點(diǎn)把自己在1985年底研究的“系列飛機(jī)定壽法”,結(jié)合我國(guó)在研的新機(jī)種和現(xiàn)役的老機(jī)種的實(shí)際情況,進(jìn)一步充實(shí)和完善,使它在基本原理上更合理,在實(shí)際應(yīng)用上更切實(shí)可行。就這樣,又經(jīng)過(guò)幾個(gè)月深入研究后,他在一次空軍召開(kāi)的飛機(jī)疲勞壽命專業(yè)會(huì)上,介紹了“系列飛機(jī)定壽法”,引起了到會(huì)的專家、教授和空海軍代表的極大興趣,并進(jìn)行了多次熱烈討論。大家一致認(rèn)為,這是解決我國(guó)積壓40余年的近萬(wàn)架多系列飛機(jī)壽命的有效技術(shù)方法。最后大家一致同意,把“系列飛機(jī)定壽法”作為我國(guó)各系列飛機(jī)定壽的指導(dǎo)方法。

所謂“系列飛機(jī)定壽法”,就是打破現(xiàn)役老機(jī)種和新機(jī)種的界線,把全國(guó)近萬(wàn)架、17種機(jī)型飛機(jī)劃分成若干個(gè)系列(即把飛行性能,機(jī)體結(jié)構(gòu)受力,結(jié)構(gòu)使用材料,制造工藝等特點(diǎn)相近的機(jī)型劃分為一個(gè)系列),然后一個(gè)系列一個(gè)系列的定壽延壽。它是應(yīng)用張福澤的類比計(jì)算壽命原理,根據(jù)我國(guó)經(jīng)費(fèi)少,飛機(jī)多,而且又都急需定壽的實(shí)際,提出的工程方法。

我國(guó)對(duì)17種機(jī)型近萬(wàn)架飛機(jī)結(jié)構(gòu)定延壽課題是個(gè)重大系統(tǒng)工程項(xiàng)目,涉及的技術(shù)是當(dāng)代多領(lǐng)域、多學(xué)科,技術(shù)密集型的復(fù)雜工程技術(shù)問(wèn)題,是一項(xiàng)規(guī)模龐大,需全國(guó)航空疲勞界幾十個(gè)單位,數(shù)百人共同奮斗的大系統(tǒng)工程項(xiàng)目,其工作量和難度都是十分巨大的。為了把這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)工程項(xiàng)目搞好,1986年,總參謀部決定在空軍成立空軍航空技術(shù)裝備可靠性辦公室,張福澤任總工程師。

作為總工程師,張福澤不僅要制定17種飛機(jī)定壽、延壽的總技術(shù)方案,還要深入實(shí)際,解決各系列飛機(jī)定壽、延壽中的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題;不僅要進(jìn)行技術(shù)管理,還要研究一些國(guó)際前沿新理論和新技術(shù),以指導(dǎo)系列飛機(jī)定壽,提高飛機(jī)定壽水平;而且還要把全國(guó)航空界疲勞專家們組織起來(lái),根據(jù)各系列飛機(jī)的具體情況,靈活運(yùn)用“系列飛機(jī)定壽法”,使各系列飛機(jī)定壽、延壽工作得以圓滿完成。

在擔(dān)任總工程師的十幾年中,張福澤除了吃飯睡覺(jué)外,滿腦子裝的都是系列飛機(jī)定延壽的問(wèn)題。為了我國(guó)近萬(wàn)架飛機(jī)定壽和延壽,張福澤是馬不停蹄,從南到北,從東到西,日夜兼程。在這期間里,他沒(méi)休過(guò)一次假,也不知熬過(guò)多少不眠之夜。

功夫不負(fù)有心人,僅用3個(gè)機(jī)型飛機(jī)的定壽經(jīng)費(fèi)(7 500萬(wàn)元)完成了17個(gè)機(jī)型近萬(wàn)架飛機(jī)的定壽延壽龐大系統(tǒng)工程項(xiàng)目,不僅創(chuàng)造出近40億元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,而且還通過(guò)定壽把疲勞斷裂隱患找到,并采取延壽措施,使近萬(wàn)架飛機(jī)再?zèng)]有發(fā)生疲勞斷裂大事故,確保了飛行安全,產(chǎn)生巨大軍事價(jià)值。這不能不說(shuō)是個(gè)奇跡,不能不說(shuō)是個(gè)跨越,不能不說(shuō)是個(gè)創(chuàng)舉!作為總師的張福澤功不可沒(méi)!1995年這一課題榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng),張福澤位列獲獎(jiǎng)名單第一人!

勇于創(chuàng)新

張福澤是一個(gè)不畏艱難勇于創(chuàng)新的人。他認(rèn)為,一個(gè)民族,沒(méi)有獨(dú)立自主、開(kāi)拓創(chuàng)新的精神和行動(dòng),就永遠(yuǎn)是落后的民族;一個(gè)科技工作者在自己的工作中,沒(méi)有自力更生、勇于探索、開(kāi)拓創(chuàng)新的意識(shí)和行動(dòng),就永遠(yuǎn)處于被動(dòng),永遠(yuǎn)創(chuàng)造不出一片屬于自己的天地。

早在20世紀(jì)60年代,張福澤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),研制成功我國(guó)第一臺(tái)一次可以試驗(yàn)3個(gè)部件的受力自身平衡疲勞試驗(yàn)設(shè)備。1975年,因殲-5飛機(jī)定壽需要,上級(jí)決定再做一臺(tái)這種疲勞試驗(yàn)設(shè)備。按理說(shuō),圖紙資料都是現(xiàn)成的,照葫蘆畫(huà)瓢就完事了??蓮埜烧J(rèn)為,既然要重做這一套設(shè)備,就應(yīng)該在原來(lái)的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新,更為先進(jìn)。他開(kāi)動(dòng)腦筋,苦干兩個(gè)月,設(shè)計(jì)了一套一次可以試驗(yàn)4個(gè)機(jī)翼主梁和兩個(gè)機(jī)身主梁的臥式疲勞試驗(yàn)設(shè)備圖樣,這種試驗(yàn)設(shè)備不僅試驗(yàn)件數(shù)由3件提高到6件,而且取消了原設(shè)備的承載支持部件,使6個(gè)試驗(yàn)件巧妙地構(gòu)成一個(gè)自身平衡系統(tǒng),使試件受力更準(zhǔn)確,設(shè)備更輕便,使用更簡(jiǎn)單。這臺(tái)新研制的設(shè)備不僅獲得全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng),還榮獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。

1977年,空軍裝備部下達(dá)了對(duì)殲-6飛機(jī)增掛炸彈的改裝任務(wù)。為此,有關(guān)部門(mén)成立了一個(gè)攻關(guān)課題組。根據(jù)一般的理論和經(jīng)驗(yàn),這種改裝須改動(dòng)機(jī)體結(jié)構(gòu),增加加強(qiáng)框或加強(qiáng)肋,使其能經(jīng)受住增加的巨大負(fù)荷。因此在預(yù)研中,有人拿出了一個(gè)改裝方案,但該方案幾乎要將飛機(jī)的后機(jī)身結(jié)構(gòu)從新設(shè)計(jì)和制造。也就是說(shuō)需大拆大卸,更換部件后再重新組裝。這不僅使改裝難度加大,費(fèi)用增加,時(shí)間周期延長(zhǎng),而且部隊(duì)修理廠因設(shè)備條件不夠,很難完成。但在沒(méi)有更好方案的情況下,有關(guān)部門(mén)只好決定先行動(dòng)工,按此方案進(jìn)行試制。張福澤被調(diào)到課題組后,給他的任務(wù)是強(qiáng)度計(jì)算,通過(guò)研究,他總覺(jué)得這不是個(gè)好方案。經(jīng)過(guò)一番仔細(xì)的調(diào)研分析和獨(dú)立思考,決定另辟蹊徑,用自己創(chuàng)新的“類比計(jì)算法”,對(duì)飛機(jī)總體強(qiáng)度和部件強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)密的分析、計(jì)算后,提出了一個(gè)最佳最短傳力的掛彈方案,即將新設(shè)計(jì)的掛彈裝置,安裝在機(jī)翼與機(jī)身對(duì)接的螺栓上,不動(dòng)機(jī)身、機(jī)翼任何結(jié)構(gòu),就達(dá)到了改裝的要求和目的。這個(gè)方案一拿到課題組專門(mén)會(huì)議上討論,即獲得一致同意。在機(jī)關(guān)支持、課題組共同努力下,很快第一架樣機(jī)改裝出來(lái),經(jīng)過(guò)試飛、試投,效果良好,經(jīng)空軍有關(guān)部門(mén)研究確定,先行投入小批改裝。實(shí)踐證明,張福澤提出的這一改裝方案,不僅避免了大拆大卸和重新設(shè)計(jì)制造后機(jī)身的繁雜工序,節(jié)省了許多材料和費(fèi)用,還使改裝變得簡(jiǎn)單方便,不進(jìn)修理廠,在外場(chǎng)就可施行,改裝周期也大大縮短了。更重要的是,由于機(jī)翼機(jī)身連接部位的剛度大,且靠近飛機(jī)的重心位置,使投彈的命中率得以提升,從而大大提高了飛機(jī)加掛炸彈的軍事效益。為此,掛彈改裝項(xiàng)目榮獲了國(guó)家科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。

張福澤除了在工程項(xiàng)目中,喜歡別出心裁琢磨出一些新道道外,在國(guó)際疲勞理論領(lǐng)域,也敢于向傳統(tǒng)觀念挑戰(zhàn),向書(shū)本和權(quán)威質(zhì)疑,力求有所創(chuàng)造、有所突破。他先后發(fā)表50多篇論文,逐步形成了獨(dú)樹(shù)一幟的飛機(jī)疲勞理論體系。

他在國(guó)際上首創(chuàng)“裂紋形成和裂紋擴(kuò)展壽命的兩個(gè)類比計(jì)算模型”,為國(guó)際疲勞界提供一種新的壽命計(jì)算公式和方法,被譽(yù)為“張氏類比模型”。在此之前,結(jié)構(gòu)壽命主要靠全尺寸結(jié)構(gòu)的疲勞試驗(yàn)和壽命計(jì)算兩種各自獨(dú)立的方法來(lái)確定,兩者的結(jié)果往往相差很大,很難統(tǒng)一?!皦勖惐榷▔鄯ā卑讶叽缙谠囼?yàn)和壽命計(jì)算統(tǒng)一到了一起。

他在國(guó)際疲勞領(lǐng)域,首創(chuàng)“代表起落譜”和編制方法。解決了國(guó)際上一直沒(méi)有解決的“載荷遲滯效應(yīng)”和“隨機(jī)載荷作用點(diǎn)控制”的兩大難題,被譽(yù)為“里程碑”、“張氏譜”。

此外,他首先研究出“壽命系數(shù)定壽法”,解決了國(guó)內(nèi)外無(wú)法減少全尺寸疲勞試驗(yàn)時(shí)間的難題;首先發(fā)明了“耗損系數(shù)單機(jī)壽命監(jiān)控法”,克服了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行監(jiān)控?zé)o法解決的一些難題;他在壽命分散性規(guī)律方面撥亂反正,引領(lǐng)疲勞分散系數(shù)發(fā)展30年,并得到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界認(rèn)可,對(duì)提高飛機(jī)、交通、汽車、火車、機(jī)械以及各類動(dòng)力裝置疲勞壽命的安全性與可靠性均有重要意義和使用價(jià)值;在國(guó)際上首次論證出飛續(xù)飛載荷譜不能降低分散系數(shù)的結(jié)論,糾正了國(guó)際上與此相悖的錯(cuò)誤……

由于一系列的重要學(xué)術(shù)成果受到業(yè)界青睞,張福澤先后應(yīng)邀赴美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、澳大利亞、俄羅斯、日本、新加坡等國(guó)參加學(xué)術(shù)會(huì)議、講學(xué)和交流,得到國(guó)際同行很高的評(píng)價(jià)。

再攀高峰

雨果曾說(shuō):“所謂活著的人,就是不斷挑戰(zhàn)的人,不斷攀登命運(yùn)的人?!比松苡袔谆夭?!不拼搏,居里夫人就不會(huì)發(fā)現(xiàn)鐳,詹天佑就不會(huì)筑成京張鐵路……

張福澤在單位也被人稱之為“拼命三郎”。1995年,他當(dāng)選為中國(guó)工程院院士,也是中國(guó)空軍第一位院士,但他沒(méi)把這一榮譽(yù)當(dāng)成終點(diǎn),而是把它作為新的起點(diǎn)。1996年,已到花甲之年的他開(kāi)始研究飛機(jī)日歷壽命,決心為攻克這一世界性難題拼一次搏一回。

飛機(jī)日歷壽命,是指飛機(jī)在使用環(huán)境(如溫度、濕度、化學(xué)、振動(dòng)、沖擊及其他介質(zhì))和使用條件(如使用應(yīng)力、維護(hù)條件、儲(chǔ)藏條件)下,能夠完成使用功能的持續(xù)日歷時(shí)間。飛機(jī)日歷壽命常以日歷年為單位來(lái)表示,它包括飛機(jī)結(jié)構(gòu)組裝完成后所經(jīng)歷的全部日歷時(shí)間,其中有飛行時(shí)間和地面停放時(shí)間(間歇性停放、維護(hù)、修理、存儲(chǔ)等)。飛機(jī)日歷壽命是新機(jī)研制的一項(xiàng)重要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo),是飛機(jī)二大壽命指標(biāo)(疲勞壽命和日歷壽命)之一。飛機(jī)疲勞壽命的確定,經(jīng)過(guò)國(guó)際上諸多專家學(xué)者長(zhǎng)期的研究探索,已經(jīng)有一套成熟的試驗(yàn)方法和計(jì)算理論。而日歷壽命的確定,國(guó)內(nèi)外仍沒(méi)有找到一種可靠有效的的理論計(jì)算方法和相應(yīng)的試驗(yàn)方法。目前飛機(jī)日歷壽命的給出,尚沒(méi)有做真實(shí)使用環(huán)境下的有效理論計(jì)算和試驗(yàn),是靠經(jīng)驗(yàn)和拍腦袋給出的。這樣無(wú)根據(jù)的長(zhǎng)期使用,使腐蝕部位的損傷值達(dá)到或超過(guò)容限值導(dǎo)致飛機(jī)或其它機(jī)械災(zāi)難的事故發(fā)生。如1981年,中國(guó)臺(tái)灣一架波音747飛機(jī),因機(jī)身腐蝕空中解體,造成150人遇難;2002年美國(guó)一架F-15飛機(jī)由于尾翼腐蝕斷裂在空中解體;2001年我國(guó)殲-8飛機(jī)由于機(jī)身一個(gè)主要承力框腐蝕幾乎斷裂,險(xiǎn)些摔飛機(jī)。1984年,印度一個(gè)化學(xué)管道由于腐蝕開(kāi)裂,造成3 000多人死亡,18萬(wàn)人受重傷;1992年,墨西哥一家工廠的油管道腐蝕泄漏,造成300人死亡,這類腐蝕事故在世界各地每年都屢屢發(fā)生,給國(guó)家和人民造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。自20世紀(jì)70年代開(kāi)始,特別是80年代以來(lái),隨著現(xiàn)代飛機(jī)對(duì)使用壽命要求越來(lái)越高,特別是隨著飛機(jī)在使用中暴露出來(lái)的腐蝕和腐蝕疲勞問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重,如何從日歷壽命角度解決飛機(jī)使用壽命問(wèn)題就顯得越來(lái)越重要、越來(lái)越緊迫,已到達(dá)非解決不可的地步。因此各國(guó)學(xué)術(shù)界多年來(lái)都把機(jī)械日力壽命的可靠確定,當(dāng)成皇冠上的明珠來(lái)追逐,但飛機(jī)身處的各種使用環(huán)境復(fù)雜,編制環(huán)境譜與試驗(yàn)譜難;飛機(jī)面臨的各個(gè)環(huán)境因素多且復(fù)雜,進(jìn)行模擬試驗(yàn)難;能影響飛機(jī)日歷壽命的內(nèi)外因素太多,理論模型建立難;飛機(jī)日歷壽命試驗(yàn),不能在使用環(huán)境中進(jìn)行,當(dāng)量折算難;飛機(jī)自身的結(jié)構(gòu)組件就很復(fù)雜,而其之間的關(guān)聯(lián)更加復(fù)雜,如何綜合給出壽命難;研究周期長(zhǎng),花費(fèi)時(shí)間精力多,沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可鑒,取得成果難。由于面臨諸多難題,自1813年《法拉弟定律》創(chuàng)立至今已200多年了,國(guó)內(nèi)外仍沒(méi)有找到一種可靠有效的理論計(jì)算方法和相應(yīng)的試驗(yàn)方法。

為攻克這一世界難題,張福澤設(shè)想了要達(dá)到的研究目標(biāo):即用使用環(huán)境參數(shù)和試驗(yàn)曲線,計(jì)算給出金屬和涂層的使用日歷壽命;直接用環(huán)境參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn),給出試驗(yàn)的金屬和涂層日歷壽命。最終能像疲勞定壽那樣,可以通過(guò)計(jì)算和試驗(yàn),分別給出機(jī)械(飛機(jī))計(jì)算使用日歷壽命和試驗(yàn)使用日歷壽命。

都說(shuō)確定目標(biāo)是運(yùn)籌帷幄,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是布兵打仗。那么,采取什么技術(shù)途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)呢?考慮到飛機(jī)日歷壽命與腐蝕有很大關(guān)系,因此,張福澤剛踏入日歷壽命領(lǐng)域的第一年,主要是從腐蝕學(xué)科入手,進(jìn)行跟蹤學(xué)習(xí)。為了掌握了解這一學(xué)科研究發(fā)展情況,他查閱了大量有關(guān)資料,發(fā)現(xiàn)腐蝕學(xué)科已從微觀到宏觀研究的很深、很透,論文如云似海,但仔細(xì)分析認(rèn)為它給不出真實(shí)使用環(huán)境的日歷壽命。這是因?yàn)闄C(jī)械日歷壽命屬多學(xué)科的問(wèn)題,僅靠腐蝕單學(xué)科是無(wú)法解決的。因此,從踏入腐蝕領(lǐng)域的第二年,他決定另起爐灶,從頭探索。他開(kāi)始對(duì)腐蝕、疲勞、損傷力學(xué)、材料和表面工程學(xué)等綜合交叉研究。經(jīng)過(guò)20年的艱難探索,終于有了初步結(jié)果。2015年5月,他在空軍召開(kāi)的一次會(huì)議上宣讀了日歷壽命研究論文,介紹了研究取得的初步成果,令與會(huì)者震驚。同年10月,第五屆全軍高層次科技創(chuàng)新人才工程學(xué)術(shù)交流會(huì)在武漢召開(kāi),張福澤應(yīng)邀到會(huì)作了題為《金屬日歷壽命確定的新理論新方法研究》的報(bào)告,介紹了在飛機(jī)(金屬)日歷壽命研究方面的新突破:研究出金屬和涂層的日歷壽命理論計(jì)算公式、金屬和涂層的試驗(yàn)日歷壽命確定方法、機(jī)械總?cè)諝v壽命和翻修期計(jì)算公式、三維等腐蝕損傷譜編制原理以及機(jī)械日歷壽命確定的分散系數(shù)和取值。這是一套完整的日歷壽命確定的新理論體系和方法,經(jīng)真實(shí)環(huán)境譜的試驗(yàn)驗(yàn)證,理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果吻合,已在少部分飛機(jī)日歷壽命確定中得到應(yīng)用。與會(huì)專家認(rèn)為,這是目前國(guó)際其它理論和方法無(wú)法達(dá)到的,是歷史性突破。

如今,人們應(yīng)用張?jiān)菏康纳鲜鲅芯砍晒?,就可以?shí)現(xiàn)像疲勞定壽那樣,通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)給出飛機(jī)(機(jī)械)日歷壽命了?!犊萍既?qǐng)?bào)》對(duì)此作了題為《新理論能更準(zhǔn)確預(yù)計(jì)飛機(jī)金屬日歷壽命》的報(bào)道,國(guó)內(nèi)知名的學(xué)術(shù)刊物《前沿科學(xué)》全文刊載,立即引起了業(yè)內(nèi)學(xué)術(shù)界及專家的高度關(guān)注和贊揚(yáng)。12月15日《空軍報(bào)》在頭版頭條報(bào)道了這一消息,12月18日《解放軍報(bào)》也予以報(bào)道,稱這一研究“開(kāi)啟了國(guó)際機(jī)械日歷壽命確定的新篇章”。從1999年開(kāi)始,張福澤陸續(xù)在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表與該理論相關(guān)論文21篇,一些技術(shù)成果申報(bào)了國(guó)家發(fā)明專利,現(xiàn)已獲國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)。上述研究成果,目前已在少部分飛機(jī)日歷壽命確定中得到應(yīng)用,取得很好的效果。

其實(shí),對(duì)于飛機(jī)(機(jī)械)日歷壽命的研究,張福澤開(kāi)始并沒(méi)有什么把握,因而沒(méi)有向上級(jí)或有關(guān)部門(mén)申請(qǐng)科研立項(xiàng)和經(jīng)費(fèi)及助研人員,而是自己在不耽擱現(xiàn)有工作的前提下,利用一切可利用的時(shí)間學(xué)習(xí)研究,推導(dǎo)運(yùn)算??嘁埠茫垡擦T,失敗也好,寂寞、坐冷板凳也罷,義無(wú)返顧,始終朝著自己既定目標(biāo)勇往直前……

他深有感觸地說(shuō),只有拼出來(lái)的美麗,沒(méi)有等出來(lái)的輝煌,愛(ài)拼才會(huì)贏!

如今,已是耄耋之年的他仍在“疲勞”領(lǐng)域不斷地探索、辛勤地耕耘,繼續(xù)書(shū)寫(xiě)壯麗的“疲勞”人生。

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