中國飛機自製的探索過程(二) －大定发动机制造厂

一.大定厂的成立

1936年10月31日是蒋委员长的五十大寿,在国民党中央党部的策动下,海内外各界机关团体纷纷发起”献机祝寿”运动.在各界的热烈响应之下,这个运动为中国航空事业的发展筹到大笔资金.国府使用这笔资金采购了不少现成的飞机,并建立了一个航空工业最重要的工厂－发动机厂.

长久以来中国一直没有量产飞机发动机的能力,以致即使号称为本国自制的飞机,也必需使用自国外直接采购进口的发动机.因为技术与研究工作的局限,对这些发动机不尽无法仿制,甚至连大修都会出现问题,使大量的军机因为发动机问题而不能起飞,乃至报废拆零.这形成了航空事业投资上的极大浪费.航委会深知,唯一治本之道,就是建立能自行制造发动机的工业基础.直到1939年之前,航委会与美国合办的杭州制造厂建立了一个能够组装发动机并试车的装配厂,并具备基础维修的能力,但是仍远不敷所需.只要发动机一天无法自制,中国的航空工业就一天无法自主.1939年中国沿海的运输管道多半被日军封锁,以致外军械愈形困难,在艰困的环境下,航委会决心不计代价,完成自制发动机的宏伟规画.

1939年12月1日,航委会派曾在美国学习航空工程的李柏龄先生在昆明成立筹备处,并投资344万美元.这笔巨款即由”献机祝寿”款项拨出.

因为中国缺乏相当的专业研发人员,所以李柏龄亲自到美国网罗在美航空工业任职的中国留学生,在爱国热忱驱使下,包括李耀滋,钱学渠,张汝梅,梁守颖,程嘉厚,胡旭光,沉运干等7位航空工程专家放弃了在美国的工作,为祖国的航空工业尽力.

这批专家中最著名者为李耀滋先生,李耀滋为我国著名的流体力学专家,毕业于中央大学机械特别班(后改称航空工程系),并于麻省理工学院取得博士学位.1947年应聘赴美担任麻省理工学院教授,后获选美国国家工程学院院士,1980年代任为全美华人协会主席,并曾代表在美华人欢迎邓小平访美.

为了使发动机工业能以最快速度上轨道,李柏龄跳过研究阶段,直接向美国的莱特(Wright)公司购买CynLone G105型发动机的专利权.在与莱特公司签约之后,李柏龄与预定返国服务的人员考查了该公司的生产流程与检核发动机设计与测试数据,并向各厂家订购了一批机床与仪器.在合约中李柏龄并与莱特公司协议每年可派25名技术人员到该厂实习,日后大定厂每年派出的技术人员除专业学习之外,并依发动机各零组件的制造作有系统的考查学习,使大定厂能依莱特公司的生产模式进行生产规画.

G105发动机推力有1050磅,但缺乏较详细的数据.笔者怀疑这款发动机应该就类似于当年普遍使用在C-47的Wright Cyclone R-1820,这款发动机是9个汽缸(cylinder)的星状空冷型(radial air-cooled engines),推力可远到1099磅(1,475匹马力).仿作这种普及而耐用的发动机是自行生产发动机的快捷方式.





李柏龄一行返国之后,于1941年1月1日正式成立航空发动机制造厂,简称大定发动机制造厂.该厂对外称称作”云发贸易公司”,但航空界一般内部习称为航发厂.该厂直接隶属于航委会第四署.1946年改称空军第一发动机制造厂,直隶于空军总部航空工业局.该厂的建厂目标为年产G105型发动机300具,即莱特厂年产量的1/16.

二.工厂的构建

1940年11月,厂方在长期勘测之后决定在大定县羊场坝的乌鸦洞建厂,并以聂恒宾担任建厂筹备处主任.乌鸦洞是一个天然溶洞,洞深100米,洞高达60米.1980年代在大方县(原大定县改称)人民政府协助下,经贵州省青年探险协会,贵州科学院山地所与贵州师大地理系组织实地测量乌鸦洞(今称清虚洞),发现洞顶为世界最长的天生桥,桥高178.25米,跨高105.58米,桥拱跨度最大处127.35米,最小处77.69米,桥身长400米,桥身宽200米.已经超过现有的吉尼斯世界记录（1993年版吉尼斯世界记录记载的"天下第一自然桥"为黎平高屯天生桥.桥高78.8米,桥拱跨度最大处118.92米,最小处88.5米,桥身长350米,桥身最宽处138米）.由羊场坝至贵阳约160多公里.

大定厂的厂区规模非常大,面积达2平方公里.设厂的各机台多半由滇缅公路抢运到国内,共达500余吨.厂房的建设与机台安装由总务科科长空军上校毛克生负责,大定厂的主要的厂房建立在山洞之中,厂部大楼与技术大楼盖在山洞之外.

厂房的建设规模宏大,主体建设足足进行了两年.因为缺乏钢筋水泥,所以山洞中机房的建筑材料以木料与砖头为主,构成一个三层的砖木结构建筑,底层宽990平方米,中层800平方米,上层700多平方米.山洞厂房的底层为器材库,二楼为机工课(包括机械加工车间,工具制造车间与热处理电镀车间)与五金材料库.三楼则为装配科,检验科,成品库与专用工装库.总面积约达5000平方公尺,区分为铸造,金工,装配,补给工厂与发电房等五个车间,以及原材料,工具,成品,设备,油料与废品再生等六个仓库.在山洞中的机房部分用石材砌成护墙,洞口有通风设备使洞内空通流通.值得一提的是因为缺乏建筑原料,厂方必需自行伐木与设窑烧砖.

厂房内的设备繁多,许多设备均为当时国内难得一见的外购产品.据原副厂长汪福清回忆,包括了以下设备:

机工课有各式机床百余台,包括车制汽缸体的自动车床,车制汽缸散热片的多刀车床,汽缸螺纹铣床,加工汽缸头球形面立车,加工主副连杆的双面铣床,精镋连杆轴承的精密镗床,金刚石镗床,坐标镗床,螺纹磨床,无心磨床与制活塞环磨床.

热处理间有大型渗氮炉,渗炭炉,高温刀具淬火炉,盐浴炉与各种电炉.

电镀间设有清洗,电镀,拋光,濆漆,通风一套装置.可以供镀锌,铬,铜,锡,镉及镍.并可对铝件进行阴极处理.

装配课有同时装配5台发动机的生产线,并有发动机附件的生产装置.

检验科配有完整的测试与计量仪器,如精密长度测量仪,表面光度测量仪与磁力探伤仪.总装的发动机依WAC标准进行出厂试车,并在每一批量中抽出两台作100小时连续耐久测试.试车台配有全套设备,对燃料消耗,增压器压力,各部湿度与发动机转速均有自动测验记录装置,并有机油过滤冷却系统.

铸工车间有熔铝电炉与专铸汽缸头的造型机,能进行各色有色金属的铸造.为了量产活塞环与铸造单体与简体铸胚,厂方设计了配有前炉的冲天炉以提高温度.

设备课负责供应全厂的水电供应与设备维修.厂内的动力设备为两台德国厂制造的250KW的柴油发电机组,因为缺乏柴油,所以改用植物油.但植物油的价格在抗战中期飞涨,所以只好改用当地盛产的无烟煤为原料,并向美国供货商采购了烧煤的发电机组.但是这套设备在运回国内时因为太重而无法以滇缅路上的货车运送,厂方只好将这套机组在印度拍卖.因为无法外购新的发电机,所以厂方设计了一套匪夷所思的煤气供电机组.厂方以两台国产煤气发生炉供应煤气到一个改装的原苏制SB轰炸机的水冷式发动机,这个发动机在改装后烧煤气驱动.然后利用一个美制发动机上的减速机关带动两台德国造的250KW发电机.如此一来,原本烧柴油的发电机即可藉无烟煤继续供电.

厂方在供水上也遇到问题.为了解决全厂每日约500吨的必要用水,厂方在距厂约3公里的一个河谷中找到一条名为豕鬃河的小河并建立气泵提水站,将河水输往60公尺高的山顶水池,解决供水问题.

大定厂的生产管理制度,在当时的国内各厂中也显得十分先进.

技术管理由总工程师负责,总工程师直辖设计课,工作准备课,检验课与研究课.设计课并不负责设计研究,而专责于国外数据的整理核对与图表编制,并将美国的图纸改以本厂标准重新制定.在具备经验基础之后,设计科设计了一个七缸星形发动机及汽车零件中各种品牌汽车的活塞,活塞环,活塞销,轴瓦,大王针及气筒套.并制定了一套零件的检验规范.工作准备课的工作为依据莱特厂的图纸制定大定厂的工艺文件,并参与生调试.准备专门工夹具.而研究课编制有中心实验室与金相实验室,专重于质量控制与尝试改进材料.

生产管理由工务处负责,工务处下设铸工,机工,装配,设备,购运与支配等六课.支配课为全厂生产的控制中心,下设器材总库,考工股与生产支配室.支配课掌握全产的生产人力与物力调动权,并向厂长提出生产指示图表,让厂长了解全厂生产状况.工务处并负责处理一般的技术性问题,只有重大问题才与总工程师共同研究.厂内的实际生产作业也与当时国内一般编组不同,不设班,组等组织.在车间的技术员依图纸与工艺文件安装工夹具,试制头两个零件,若初检合格,即让操作工人直接生产.

大定厂的管理模式在1946年进一步依”工业工程技术”(Industrial Engineering﹐简称I.E.)的原则进行调整,建立了零件制造及装配的标准工时制度,并利用马表测时，对于生产计画与管制有极大益处.

大定厂因为远离城市,所以建立了自属的生活区.大定厂的生活居住区设有可容纳全体2000多名人员与眷属的宿舍,并设有粮食加工厂,子弟学校,医院,俱乐部与消合作社.厂内各建筑群错落有致,并以公路连通,因为在夜间灯火辉煌,而有”小贵阳”的美称.这些建筑工程质量极高,49年之后这些房屋用于学校与行政机关等用途,至今仍保存完好.

三.大定厂的人员

为了充实高级技术人员,厂方在建厂时从西南联大,浙江大学等大学招募1941年应届毕业的20余名学生充为技术员.在工厂开始运作之后,又继续由航委会高级机械班与各大学挑选人员,形成工程师与技术员的主力.到1947年迁厂为止,大定厂先后派遣技术人员80名到国外各厂实习,进一步提升人员水平.

在建厂初期大定厂的一般技术工人来自航委会由各兵工厂与飞制厂抽调的熟练工人.1941年开始大定厂成立学徒班,直接招收初中以上程度的工人.1942年大定厂成立员工训练班以培养技工与中下级人员.班主任为清大毕业的黄敬先生.技工班一共办8期,共培育出中级技术员286人,技工350人.

大定厂的员工一度高达2000余名,该厂所培养的技术人员日后成为两岸发动机制造工业的重要基础.

在大定厂留在大陆服务的技术人员中,以技术员吴大观的影响最为深远.吴大观原毕业于西南联大航空系,在大定厂服务时期被送到美国厂实习.1950年人民政府重工业部设立了航空工业筹备组,即以吴大观出任筹备组组长.1951年航空工业局成立后吴大观负责发动机生产的组织和管理工作，并且学习苏联新的喷气发动机生产工艺资料.1956年6月中国第1台喷气式发动机涡喷－5点在沈阳航空发动机厂仿制成功.吴大观在仿制苏制发动机成功之后仍继续努力于自行设计与自制发动机.1956年11月,吴大观在沈阳航空发动机厂组建中国第一个喷气发动机设计室,利用发动机厂生产定型的涡喷－5发动机为原型进行缩型,设计出装配在歼教－１教练机的"喷发-1A"发动机,并于1958年7月26日试飞成功.1961年8月中央军委在沈阳组建航空发动机设计研究所,以吴大观为技术副所长,并授予技术上校军衔.吴大观仔细钻研了米格－21的Ｐ 11反映－300（涡喷7）发动机,在研究之后吴大观提出设计一种装两台涡喷－7发动机的双发飞机(即歼－8)飞机,并装备加力式涡轮风扇发动机.但研发期间适逢文革,吴大观被停职审查及关进牛棚劳动改造.1971年吴大观获释,才依原计画继续研制”涡扇－6”,直到70年代后期才突破了高温、放炮、振动等关键技术,实现发动机在高转速下稳定运转的目标.但是由于涡扇－6研制周期过长,这具在设计之初被视为赶超世界先进水平的发动机最终只能"停止投资应，总结经验".70年代中期,解放军引进英国在60年代初的一种双轴涡轮风扇发动机"斯贝".1978年底吴大观调任西安航空发动机厂任副厂长兼设计所所长,以斯贝为基础研制成”涡扇－9”发动机,并装配在歼轰－7.除吴大观之外,运-8型飞机总设计师也出自大定厂.

另一位对解放军影影深远的人物为原大定场设计科科长梁守颖.梁守颖在1047年创建浙大航空工程系,1952年解放军筹建哈尔滨军事工程学院,梁守颖最先调入哈军工,其后他又从事导弹的研究，成为国际先进的超音速超低空导弹的创始人,并被誉为"中国的导弹怪杰".

1995年,一位原大定场技术员收集了75位大定厂技术人员离厂后的简历,得出统计1)其中专家学者22人，占29％；在高校任教教授者22人，占20％；在各工业部门任高级工程师(包括教授级高工)31人，占40％。(2)在中国大陆共50人，占68％.

四.大定厂的成就

整体而言,大定厂的生产进度相当缓慢.一直到1945年春才完成了第一具G105的试制.从1941年开始,光是厂房即构建了两年,而且在原料极度匮乏的情况之下该厂几乎无法进行试制.到1945年中印公路通车,该厂才取得原料并开始进行生产,距离取得专利已过四年.相较之下苏俄也在1941年取得同一型号发动机的专利生产权,不到两年这型发动机已经在苏俄大批量产.

在G105试制完成之后,抗战胜利.大定厂厂长李柏龄调职,改由王士倬接任.厂内高级技术人员纷纷调往接收日方航空工业设备,生产一度停顿.,原总工程师李耀滋到麻省理工任教,,设计科科长梁守颖到遵义的浙江大学创办航空工程系,继任设计科科长为周善纷.等第二任厂长到任后才继续30台航空发动机的批量生产.

到1946年12月之大定厂共完成G105发动机32具,抽样检测100小时耐久检测的数据也通过莱特厂的审验,达到可以安装的水平.在通过审验之后,大定厂即将两具发动机送往昆明航空站,由该站将发动机安装在一架DC-3,并成功地试飞南京.在证明合格之后,大定厂的发动机又安装于昆明第1飞制厂自行生产的AT-6教练机.剩余的发动机则运往台湾.

到1946年12月,大定厂已经将库存的发动机毛胚件与外购配套件全部使用完毕.因为战争结束之后政府缩减军事经费,所以大定厂并没有得到其它经费维持发动机的生产,中国第一次的发动机量产于是停顿.

在停产发动机之后,大定厂转型制造当时国内常见的汽车厂牌如雪佛兰,福特,道奇,丰田与爱必的汽车零配件.包括活塞,活塞环,活塞销与汽缸套.其中以灰铁活塞环销路最广.大定厂特别成立了张圈制造所,年产各种牌号活塞环5万个以上,并通过美方验证.

在G105量产成功之后,大定厂于1944年由美国莱可敏公司引进了用于侦察和教练机上的185匹马力小型发动机.1947年开始试产,但以迁厂而中止.1945年大定厂向英国罗尔斯罗伊斯公司引进用于喷气式战斗机的Nene A喷气式发动机,并准备在广州设立分厂投产.但是因分厂未及成立而没有实际投产.　

大定厂在中国整体工业条件尚未提升之前即硬性建厂,在克服建立工厂设施的困难之后,就遭遇到严重的原料件问题.在冶金,铸造的整体工艺尚未提升之前,工厂的生产必需仰赖国外购入的配件毛胚.当对外交通线中断之后,大定厂就失去了运行的条件.虽然厂方技术人员努力取得了少数极惊人的突破,但是也不能影响大局,只能作为一个战时中国为国家前途而奋斗的事例.比如荣科在冶金工艺上的突破.

荣科,原名荣贵勤,1941年出生于辽宁省沈阳市,焦作工学院采矿冶金系毕业.抗战军兴之后荣科在重庆第21兵工厂铸造车间工作,并向冶金学专家朱洪健学习铸铁以及铸钢的技术.不久调入资源委员会从事锑与汞的冶炼.同时也在黔湘会靖地区开发金矿.在此期间荣科自行设计了铁管式反焰炼汞炉,使汞的纯度由97％提高到99％,回收率由40％提高到98％,在采金矿区用露天采掘技术使日产量提高一倍.1942年，荣科转调大定厂铸造车间主任.荣科在试制铝镁合金铸件和钢铸件后自行研制了优质铸铁材料,使发动机活塞环使用寿命由1000小时提高到1万小时，得到当局嘉奖.

荣科在1945年7月获派为中国技术代表团副领队,前往英国罗尔斯罗伊斯公司实习梅林水冷式活塞发动机制造工艺,在4个月后改为实习喷气发动机制造技术.返国之后转到贵州大学工学院矿冶系任教授.1950年春被调到上海华东纺织管理局参加杭州经纬纺织机械厂建厂,此后脱离了航空工业.

大定厂没有在发动机的生产上形成一定规模,有其客观环境的局限.事实上一直到30年之后大陆与台湾才先后产生真正足以称做自制的发动机并投入量产.即使如此,1953年的一个巧合仍然使人心酸.该年在苏联援助下建立了哈尔滨国营120航空发动机制造厂,这个由苏俄慷慨援肋的工厂所生产的发动机产品,正是G105.


五.大定厂的迁厂

1949年2月,空军总部决定将大定厂迁到台湾,并拨出黄金10万两作为迁厂费用,新任厂长顾光复也前往台湾选择厂址.5月,顾厂长撤销航发厂建制,改设大定疏运处(处长胡广家)与拍卖委员会(主任杨庆端),5月19日开始进行迁厂.

在决定迁厂后,多数高级人员不愿去台湾,包括副厂长汪福清在内的许多建厂元老认为长途运输必然使珍贵的机台遭到一定程度的破坏,所以对迁厂的态度十分消极,而且因为币值波动导致员工难以维生,汪福清等人只好继续汽车零件的生产,并组织厂内汽车队接生意.在此同时汪福清也与厂内的中共支部建立关系.在消极抗议之下最后只有3成技术人员先后搭机去台,并有3/5的精密机床被搬往台湾.1949年12月25日,共军接收大定厂的剩余装备与人员.

1951年原大定厂迁厂到成都,改组为二机部航空工业局的国营411厂.1954年末411厂改为空军5701军用飞机大修厂,并曾大修国军遗留在大陆的36架C-46运输机.主持投共的汪福清则转任任贵州省政协副主席.

1960年代,航空工业"O一一基地"迁往贵州大定厂原址,并将原航发厂区加以扩建,成立了金江机械厂,生产飞机零附件.1980年代这个厂迁置.大定厂区成为一片荒地.改革开放之后,羊场坝的溶洞群成为大方县人民政府的重点开发资源,并准备建立”云发避暑山庄”.不过大定厂的旧址也在风景区的规划景点之内.今日,大定厂的旧址仍然大体完好,镌有"物有本末，事有终始，知所先后，则近道矣"的石壁依然保存完整.主厂区洞口上方"上下有序"的摩崖石刻也一如当年,只是乌鸦洞已不再是国防工业的重地,昔日数千员工生活的地区已然芳草萋萋,林木参天,成为旅行渡假的良好去处.





六.大定厂的价值

1943年4月19日,蒋委员长视察大定厂,并在厂内住了两天,切实了解中国航空工业命脉的建设进度.厂内员工在数十年后的回忆中仍对委员长与全体员工及家属在野外草地会餐记忆犹新.在了解工厂实际困难之后蒋委员长深感忧虑,并亲自写下一句名言交给工厂:

”我们的发动机何时可以完全自制”

虽然有客观条件的限制,但这句话仍被大定厂乃至整个空军单位奉为座右铭.在国府来台初期,因为大定厂的主要人员机台仍有半数未来台湾,所以整个继续发展的规画被搁置.一直到1973年航发中心才再度成立研制发动机的介寿二厂.

1978年,蒋经国总统下令研制自制战机,航发中心于是开始进行自制发动机的”云汉计画”.云汉计画与40年前的大定厂发展模式完全一样,也向美国的盖瑞公司购买现成设计进行研发,在美国的重重设限之下,航发中心的TFE-1042只是一种推力有限的发动机,但这已经使掌年大定厂自制发动机的宏伟规画梦想成真.

1988年10月,首具TFE-1042交货.10月31日为蒋委员长冥诞,参谋总长郝柏村上将亲率三军代表在慈湖陵寝呈献自制的飞机引擎.空军花了整整半个世纪,终于实现了领袖的指示,完成发动机的自制.使自大定建厂以来的努力,能够赓续不断,终而为中国的航空工业写下历史性的一笔.

在郝上将在回忆录中提到:”我在慈湖蒋公陵寝呈献我们自制的飞机引擎，达成多年前蒋公的愿望。"台独"人士说我在作秀，未免所见者小，不知来龙去脉也。我对"云汉引擎"的推力仍不满意，9600磅的推力只供第一阶段使用。根据技术人员报告，该引擎在原构型不变、重量不变的情况下，仍可从材料及其它技术上改进，推力每具可达12000磅，如此两具共24000磅推力，可与F-16匹比。我当时决定投资研究，估计再投一至2亿美元。可惜我离开政府后，这件事被后继者搁置了…..”。

1990年代,原大定厂技术员欧阳昌宇写成《乌鸦洞奇迹》,翔实地记述了大定厂的建厂始末.