訪中國科學(xué)院院士曹春曉
不詳 ?佚名 ? 2008年02月01日 ? ?人物聚焦
曹春曉院士
他不斷開創(chuàng)新型鈦合金和鈦－鋁系金屬間化合物，并先后應(yīng)用到飛機上，大幅度減輕了發(fā)動機結(jié)構(gòu)重量，提高了飛機及發(fā)動機的關(guān)鍵性能，為我國空軍裝備的現(xiàn)代化作出了重要貢獻。
他所研制的TC4合金葉片等重要零件的試用成功為我國鈦工業(yè)發(fā)展和在航空工業(yè)中應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，起到了開路先鋒的作用。
他潛心研究使用溫度可達500℃的高溫鈦合金TC11，創(chuàng)立了高低溫交替熱變形技術(shù)，從而解決了兩種新型航空發(fā)動機的急需，為兩種新型殲擊機首飛立下了汗馬功勞。
他首先利用特定的相變模式優(yōu)化鈦合金β轉(zhuǎn)變組織形態(tài)和綜合性能，創(chuàng)立了BRCT熱處理技術(shù)。
他利用形變－相變聯(lián)合機制，創(chuàng)立鈦合金急冷式β熱變形強韌化技術(shù)，并成功地把我國獨創(chuàng)的550℃高溫鈦合金應(yīng)用于新型航空發(fā)動機。
他還研究了鈦合金的強化機制、阻燃理論、疲勞裂紋擴展特征等基礎(chǔ)問題，并相應(yīng)地取得創(chuàng)造性成果。
……
2008年1月15日，我們帶著崇敬的心情，走訪了這位為中國航空事業(yè)做出巨大貢獻的“幕后科學(xué)家”——曹春曉院士。
“一代飛機，一代材料”
100多年以來，飛機與機體材料結(jié)構(gòu)一直是在相互的推動之下發(fā)展的。這100多年來的發(fā)展，飛機機體材料結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了五個階段，而這五個階段也是整個世界航空發(fā)展史的真實寫照。
記者：您能針對這五個階段，給我們舉一些例子介紹一下嗎？
曹院士：這100多年一共分為五個階段，可以說是“一代飛機，一代材料”。第一個階段是從1903年開始，那時美國萊特兄弟發(fā)明了飛機，而且第一次上了天，雖然時間很短，飛了只有12秒，36米，但已經(jīng)是非常了不起的了，所以大家都公認把這個作為世界航空發(fā)展史的第一天。從1903年到20世紀10年代，飛機用的材料結(jié)構(gòu)是木頭，用木頭做飛機的梁和航條等等，用布來做門，整個結(jié)構(gòu)就是木布結(jié)構(gòu)。20世紀20年代到40年代，飛機的材料結(jié)構(gòu)變成了金屬結(jié)構(gòu)，因為速度要高一點，木頭就承受不住力量。這樣，就變成了鋁合鋼結(jié)構(gòu)，這是第二個階段。第三個階段是從20世紀50年代開始到60年代，這一段時間主要是使鋁鈦鋼結(jié)構(gòu)。
記者：為什么要增加鈦結(jié)構(gòu)呢？
曹院士：因為那時候飛機的性能要求越來越高，所以要求有比強度更強的一些材料來減輕飛機的結(jié)構(gòu)重量，那么鈦合金的比強度既比鋼好，又比鋁合金好。第四個階段是從20世紀70年代開始一直到現(xiàn)在，這個階段出現(xiàn)了復(fù)合材料，而且很快被用到航空上來了。
記者：復(fù)合材料指的是什么？
曹院士：這里指的是以樹脂為基礎(chǔ)，把纖維搞到樹脂里面來增強它。光是樹脂的話，它輕是很輕，但是強度不夠，用纖維增強了以后，比強度就非常高，比鈦合金還要高。就在這個時候，復(fù)合材料開始介入到飛機材料結(jié)構(gòu)里面。但到目前為止，大體上來看，還是以鋁合金為主，因此說是以鋁合金為主的四種結(jié)構(gòu)材料的一種混合的結(jié)構(gòu)。我們現(xiàn)在已經(jīng)開始轉(zhuǎn)入到第五個階段了。
記者：這個最新的階段具體時間是從什么時候開始算起的？
曹院士：是從21世紀初開始，21世紀正好是一個過渡階段。雖然從現(xiàn)在開始，結(jié)構(gòu)材料里面還主要是鋁、鈦、鋼，但是已經(jīng)開始以復(fù)合材料為主了。復(fù)合材料變成了用量最大的，坐第一把交椅。鋁合金把第一把交椅讓位給復(fù)合材料，這是非常重要的一個轉(zhuǎn)折。我個人認為應(yīng)該是一個新的階段、新的格局，這是第五階段的主要特征。
記者：為什么復(fù)合材料和鈦合金材料的用量在不斷增加？它們有著怎樣的優(yōu)越性？
曹院士：首先是比強度——這是非常明顯的一個優(yōu)越性。正因為是用在飛機上，節(jié)省結(jié)構(gòu)重量是第一位的。平時我們說斤斤計較，但是對于搞航空的人來說，不是“斤斤計較”，而是“克克計較”。剛剛推出來的A380，是世界上最大的飛機。雖然是雙層的，但它的材料卻用到了22%的復(fù)合材料，10%的鈦合金。軍用飛機的鈦合金通常能用到40%左右，而民用飛機考慮到經(jīng)濟性的問題，一般都在10%以下。A380能用到10%鈦合金，確實創(chuàng)下了一個新記錄。復(fù)合材料用到22%，這在民用飛機上也是一個全新的記錄。
但沒多久，這個記錄就被波音787打破了，它的復(fù)合材料用到了50%，鈦合金用到了15%，這兩個都是最新的世界紀錄、是從量到質(zhì)的改變。波音787明年就要上天，目前它還沒有正式批量生產(chǎn)，但已經(jīng)預(yù)訂出去600-700架了，我國南方航空就訂了50架，它已經(jīng)開始掙錢了。
記者：這個改變帶來什么好處？為什么大家感興趣呢？
曹院士：就是燃油的消耗大幅度降低了。787采取了各種措施來減少油耗，比如，發(fā)動機要選擇油耗更低的發(fā)動機。另外，氣動力學(xué)方面的改進，讓它氣動的阻力各方面都減少了等等，但重要的措施是用了50%的復(fù)合材料。整個總措施加上以后，坐同樣類型的飛機，這新一代的飛機可以降低油耗20%。而這20%里面，8%的降低油耗是要靠復(fù)合材料。
復(fù)合材料和鈦合金材料的第二個優(yōu)越性是抗輻射性。飛機是要長期使用的，特別是民用客機，它不是飛一個月、兩個月就完事的，它要飛好多年。復(fù)合材料和鈦合金是抗腐蝕性最好的，很多飛機沿海地區(qū)都要用，在海洋里面的氣候下，鋁合金一般容易被腐蝕，鈦合金的抗腐蝕性能最好。鈦合金還有一個優(yōu)越性就是適用度高，而且適用的范圍大，它在零下269度、零上600度都可以使用。
“中國必須有自己的大飛機”
大型飛機是中國中長期科技規(guī)劃中的16個重大科技專項之一。2007年2月26日，國務(wù)院總理溫家寶主持召開了國務(wù)院常務(wù)會議，聽取了大型飛機重大專項領(lǐng)導(dǎo)小組，關(guān)于大型飛機方案論證的工作匯報，原則批準大型飛機研制重大科技專項正式立項，同意組建大型客機股份公司盡快開展工作。
記者：中國為什么要搞大型飛機？
曹院士：我們之所以要下那么大的決心來搞大型飛機，我想主要有三個方面。
首先，大型飛機是建設(shè)科技強國和創(chuàng)新型國家的一個標志性工程。日本通產(chǎn)省曾按照產(chǎn)品的單位重量創(chuàng)造的價值做過一個比較，如果船舶單位質(zhì)量創(chuàng)造的價值是1的話，那么小汽車就是9，電子計算機是300，噴氣客機為800，航空發(fā)動機是1400。還有一個數(shù)據(jù)，我國出口了8億件的襯衫，得到的利潤才可換來一架A380飛機，可見，航空材料在高科技領(lǐng)域中所占地位的重要，所以我們應(yīng)該非常重視知識密集型的高科技的產(chǎn)業(yè)。如果我們能自主設(shè)計出大型飛機的話，那么就說明我國在高科技產(chǎn)業(yè)水平和創(chuàng)新能力上跨上了一個更高的新臺階。
其次，舉全國之力發(fā)展大型飛機是新時期的戰(zhàn)略性抉擇。目前我國人均GDP已超過1000美元，正處于經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級的關(guān)鍵時期。而大型飛機工程恰恰能有效地促進該關(guān)鍵時期的發(fā)展，并推動整個經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。大型飛機工程還可以強力地拉動一系列的產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級，這一系列的產(chǎn)業(yè)包括材料、化工、電子、信息、機械、儀表、能源、制造業(yè)等等。例如，德國在20世紀60年代發(fā)現(xiàn)，原來的汽車和機械加工業(yè)很難推動本國經(jīng)濟的發(fā)展，決定與法國等合作發(fā)展航空工業(yè)，聯(lián)合研制大型民用客機，取得了很好的效果，這也說明，沒有民用客機的航空工業(yè)是不完整的航空工業(yè)。
第三，大型軍用運輸機是提高國防實力、確保國家安全的不可或缺的武器裝備。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，需要部隊快速反應(yīng)，協(xié)同作戰(zhàn)，這就需要大型軍用運輸機。美國現(xiàn)在共有2000多架軍用運輸機，其中大型運輸機包括126架C-5，174架C-141，180架C-17；俄羅斯一共有369架大型軍用運輸機。因此，軍用運輸機在保證國家安全方面，所具有的重要的戰(zhàn)略地位和作用，是不言而喻的。
所以，從各方面來說，我們搞大型飛機的工程是非常明智的戰(zhàn)略性的選擇。
“坐一坐我們自己的大飛機”
曹春曉于1934年出生在浙江上虞，三歲隨父母到了上海。上海剛解放時，他進入南洋模范中學(xué)就讀，1952年考入了上海交通大學(xué)。1956年大學(xué)畢業(yè)后，系主任周志宏很想把這位德才兼?zhèn)涞母卟纳粝聛砣谓獭Ｈ欢?，曹春曉夢寐以求的是走一條科技強國之路，周志宏最終還是被他說服了。
于是他來到北京西郊一個剛剛組建的航空材料研究所，成為初建的鈦合金實驗室的成員，從此開始了獻身航空科研、報效祖國的事業(yè)。
記者：作為一位從事了幾十年科研工作的科學(xué)家，您覺得真正的快樂是什么？您對青年科技工作者又有哪些建議和期望？
曹院士：一個人一生當中，大部分時間都在工作，做自己喜歡做的事，本身就是一件很高興的事。當工作中的某些目標得以達成，還有所創(chuàng)新的話，那更是高興的不得了。所以說，我覺得真正的快樂、最大的快樂就是做自己想做的事，并能有一些新的發(fā)現(xiàn)，取得一定的成果。
自行設(shè)計研制大型飛機是振興中華民族的一個偉大工程，我希望青年科技工作者要有獻身航空、潛心鉆研、百折不撓、為國爭光的精神，并把這種精神投入到大型飛機的研究中，有什么力量就貢獻什么力量。
記者：您小時候的理想是什么？
曹院士：我從小就對科學(xué)研究很感興趣，而且很喜歡看中外科學(xué)家們的故事，最佩服的人就是牛頓。初中的時候，我寫過一篇作文就談到長大了要搞科研工作，希望自己也能成為一名了不起的科學(xué)家。
記者：那您現(xiàn)在最大的愿望是什么？
曹院士：我現(xiàn)在最大的愿望就是希望自己健康長壽。因為我要看到我們的大飛機、我們的大客都研制出來，都在航線上飛行，我要坐一坐?，F(xiàn)在我出差坐飛機的幾率特別高，有時一周坐五六次。搞航空的人還要坐別人研制的飛機，心里很不是滋味，坐在上面感覺特別別扭。所以，我希望有一天能坐上我們自己研制的大飛機去遨游天空——那應(yīng)該是最幸福的事了！
我們國家要有自己設(shè)計制造的大型飛機是中國人民、特別是幾代航空人的夢想和愿望；在大型飛機上，要用更多的自己自足研制生產(chǎn)的航空材料是材料界、特別是幾代航材人的愿望和夢想?，F(xiàn)在這個項目要上馬了，我們已經(jīng)看到實現(xiàn)這個夢想和愿望的曙光了。希望所有參加大飛機工程的中華兒女，心懷祖國，情系航空，團結(jié)和諧，創(chuàng)新圖強，這樣，我們中國自己設(shè)計制造的大型飛機，一定能夠在不遠的將來，展翅翱翔在萬里晴空的藍天。
人物小傳
曹春曉：著名材料科學(xué)家、中國科學(xué)院院士、我國航空工業(yè)鈦合金研究和應(yīng)用的創(chuàng)始人之一。浙江上虞人。1956年畢業(yè)于上海交通大學(xué)機械系。不斷開創(chuàng)新型鈦合金和鈦--鋁系金屬間化合物，并應(yīng)用于航空工業(yè)，顯著減輕飛機及其發(fā)動機的結(jié)構(gòu)重量；根據(jù)再結(jié)晶和相變相結(jié)合的原理，創(chuàng)立了高低溫交替熱變形技術(shù)，解決了長期以來存在于大型鈦合金零件生產(chǎn)中的金相組織不均勻的關(guān)鍵問題；首先利用特定的相變模式優(yōu)化鈦合金的β轉(zhuǎn)變組織形態(tài)和性能，創(chuàng)立BRCT熱處理技術(shù)；利用形變--相變聯(lián)合機制，創(chuàng)立鈦合金急冷式β熱變形強韌化技術(shù)；研究了鈦合金的強化機制、阻燃機理、疲勞裂紋擴展特征及其它基礎(chǔ)問題，并相應(yīng)地取得了創(chuàng)造性成果。曾獲航空報國金獎、全國科學(xué)大會獎等。
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