李志強：超塑之美的極致追求者

堯丁 羽淵

2018年5月，一則消息引來廣泛關(guān)注：我國大客發(fā)動機驗證機首臺整機點火成功。

鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片研制項目負(fù)責(zé)人李志強會心笑了。作為大型客機發(fā)動機驗證機研制十大關(guān)鍵技術(shù)之首，其研發(fā)進(jìn)展備受業(yè)界關(guān)注，其成功研發(fā)標(biāo)志著我國鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片設(shè)計制造技術(shù)取得突破性進(jìn)展。

“空間彎扭掠、大弦長、高空心率”，超塑成形/擴散連接技術(shù)（SPF/DB）成就了鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片之美。這一堪稱藝術(shù)品的構(gòu)件，正是李志強和團隊潛心攻關(guān)30余年的目標(biāo)所向。

李志強會心之笑，是為團隊不懈努力而高興，也是對自己數(shù)十年科研工作所經(jīng)歷的點點滴滴的一個回饋。

不負(fù)春光，潛心科研

1986年，李志強從西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程系畢業(yè)，分配到中國航空制造技術(shù)研究院（其前身是中國航空工業(yè)集團北京航空制造工程研究所）工作。

李志強一入職便從事SPF/DB的研究。該技術(shù)利用材料在高溫下具有均勻大變形能力（超塑成形）以及界面原子互擴散形成與母材接近等強的固態(tài)接頭能力（擴散連接）實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的成形。這種輕量化整體結(jié)構(gòu)制造技術(shù)可以取代或者部分取代傳統(tǒng)的鑄鍛件數(shù)控加工、骨架蒙皮焊接、鉚接等結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強剛度好、輕量化效果顯著，在航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。因此，自誕生起，該項技術(shù)就迅速成為航空航天工業(yè)推崇的技術(shù)“新貴”，成為衡量一個國家航空航天技術(shù)能力的重要標(biāo)志。

他入職時，國內(nèi)SPF/DB技術(shù)剛剛起步，單位里僅有兩臺自主改造的老舊設(shè)備，技術(shù)人員通過在空心爐磚中盤繞電阻絲實現(xiàn)設(shè)備加熱。李志強在當(dāng)時就練就了快速纏繞電阻絲通電加熱的本領(lǐng)，直到現(xiàn)在還沒有忘記;沒有可供借鑒的藍(lán)本，就自己動手想辦法。在紀(jì)文海、宋飛靈等老一輩技術(shù)專家?guī)ьI(lǐng)下，李志強就是在這樣簡陋的“土爐子”上，研制出了國內(nèi)首個正式的鈦合金超塑成形/擴散連接裝機零件。

上世紀(jì)80年代至90年代中期，國內(nèi)型號任務(wù)少、科研經(jīng)費大幅縮減，早期從事SPF/DB技術(shù)的上百家單位在此期間紛紛轉(zhuǎn)行，最后堅持下來的不過四五家，各單位年輕科研人員離職下海也不在少數(shù)。李志強選擇了堅守，科研任務(wù)少，他就充分利用時間閱讀大量技術(shù)文獻(xiàn)。良好的英文能力，讓他閱讀國外資料游刃有余，夯實了專業(yè)功底。

多年后與團隊成員交流時，李志強坦露了當(dāng)時的心聲：“堅持下來，就是因為興趣和好奇心?？戳速Y料，更堅信我們一定能做得跟他們一樣好，甚至可以超越他們?！彼ｎD了一會，話鋒一轉(zhuǎn)，“那時候軍品任務(wù)少，沒有多少經(jīng)費，但同時也沒有生產(chǎn)和交付壓力，其實正是一個潛心做科研的好機會?！?/p>

由于經(jīng)費限制，李志強和團隊選擇了最核心、最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)開展研究。SPF/DB的二層、三層、四層、五層以及更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，都在那段時間實現(xiàn)了突破。在中國航空制造技術(shù)研究院展柜展示的許多SPF/DB典型結(jié)構(gòu)件，均是那段時間的作品。

所謂經(jīng)典，就是為后來的年輕科研人員從事SPF/DB技術(shù)研究提供了基本范式與有益借鑒。正因為這樣的堅持，才在艱難時期將這項先進(jìn)制造技術(shù)的火種保存下來，并孕育成星火燎原之勢。

持之以恒，歲月總會回饋曾經(jīng)的付出。

厚積薄發(fā)，推陳出新

經(jīng)歷低迷期后，航空工業(yè)終于在上世紀(jì)90年代末期迎來了發(fā)展機遇。機會總是特別青睞有準(zhǔn)備的人，李志強此時已成長為超塑成形/擴散連接專業(yè)的技術(shù)帶頭人，長期積累的大量科研成果，亟需工程化應(yīng)用來驗證。從二代機到三代機再到最新型的四代機，李志強和他的團隊實現(xiàn)了SPF/DB結(jié)構(gòu)的一次次發(fā)展提升?？谏w、框梁、壁板……飛機結(jié)構(gòu)件尺寸愈來愈大，結(jié)構(gòu)愈來愈復(fù)雜，在一次又一次挑戰(zhàn)工藝極限的道路上，李志強和他的團隊技術(shù)實力不斷增強，從基礎(chǔ)研究—工程驗證—定型批產(chǎn)每一步走得都扎扎實實。

盡管已在飛機結(jié)構(gòu)件上得到諸多應(yīng)用，李志強卻沒有止步于此，而是不斷探尋新的應(yīng)用機會，尋求更廣闊的發(fā)展空間。在一次和某設(shè)計單位的技術(shù)交流中，李志強敏銳察覺到SPF/DB技術(shù)可以應(yīng)用于導(dǎo)彈方向舵及翼面結(jié)構(gòu)研制。這在當(dāng)時是個大膽的想法，國際上尚無先例，多年以后的應(yīng)用實踐證明他當(dāng)時的選擇是正確的。

導(dǎo)彈具有高超聲速、高機動性等特點，對舵翼面承載能力及輕量化有著極高的要求。而整體性好、承載能力強、結(jié)構(gòu)輕，正是SPF/DB技術(shù)的優(yōu)勢所在。經(jīng)過仔細(xì)推敲、反復(fù)驗算，李志強創(chuàng)造性地提出了實體-空心混雜結(jié)構(gòu)方案：由中間密布的十字筋格整體空心結(jié)構(gòu)承擔(dān)巨大的氣動壓力載荷，并傳遞至與彈體相連接的實體安裝座上，從而實現(xiàn)空心結(jié)構(gòu)的集中承載。

在確定技術(shù)方案具有可行性之后，李志強立即找設(shè)計單位溝通，雙方進(jìn)行了詳細(xì)深入的技術(shù)對接和方案論證。最終，他用新穎、可靠的技術(shù)方案，說服了對方。國內(nèi)外沒有使用先例，結(jié)構(gòu)應(yīng)該怎么設(shè)計？面臨制造新問題該如何解決？新型結(jié)構(gòu)要怎樣測試評估？標(biāo)準(zhǔn)是什么？一面是型號交付的巨大壓力，一面是全新的結(jié)構(gòu)、全新的方案，李志強及其團隊小心翼翼、如履薄冰。時任研究室主任的他，既看重技術(shù)推廣帶來的經(jīng)濟收益，更看重此新結(jié)構(gòu)應(yīng)用給技術(shù)發(fā)展帶來的新機會。

某型導(dǎo)彈的速度為4-5倍音速，相當(dāng)于國際上最先進(jìn)的第四代戰(zhàn)機F22最大飛行速度的2.5倍。在如此快的速度下還要能夠靈活追蹤目標(biāo)，負(fù)責(zé)控制導(dǎo)彈飛行姿態(tài)和路線的舵翼面承受的力量究竟有多大？

最終，交付用戶的產(chǎn)品揭曉了謎底：投影面積不過半張A4紙大小、重量不到500克的方向舵，需要承受600多公斤的壓力，最大變形不超過10毫米。其團隊曾發(fā)表一篇科普文章——《從無到有，艱難超越》，講述的就是李志強帶領(lǐng)團隊在舵翼面應(yīng)用SPF/DB技術(shù)的科研故事，引起了多家主流媒體關(guān)注轉(zhuǎn)載。

導(dǎo)彈舵翼面新產(chǎn)品的研制成功，標(biāo)志著SPF/DB技術(shù)的應(yīng)用對象實現(xiàn)了從簡單到復(fù)雜、從靜態(tài)到動態(tài)、從次承力件到主承力件的拓展提升，技術(shù)優(yōu)勢得到了充分發(fā)揮，同時也建立起了一整套SPF/DB復(fù)雜空心結(jié)構(gòu)設(shè)計-制造-試驗技術(shù)規(guī)范。

技術(shù)推廣應(yīng)用，需要深厚的技術(shù)積累、對技術(shù)本質(zhì)的深刻理解以及高度敏銳，李志強正是這樣一位科研工作者。他在壓力、風(fēng)險面前敢于挑戰(zhàn)，讓SPF/DB技術(shù)脫穎而出，不斷拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域，一次又一次釋放出先進(jìn)技術(shù)的能量，時時閃現(xiàn)科研工作者的智慧光芒。

不畏征途，鑄中國“心”

有些路，注定不能一馬平川，須跋山涉水、披荊斬棘……航空發(fā)動機空心風(fēng)扇葉片研制之路就是這樣的。

早在1993年，利用SPF/DB技術(shù)研制航空發(fā)動機空心風(fēng)扇葉片的構(gòu)思已在李志強腦海中不時閃現(xiàn)。

礙于當(dāng)時各方面條件并不成熟，這個構(gòu)思只能停留在腦海里，難以付諸實踐，但這個想法他從未遺忘，一直在等待機遇來臨。航空發(fā)動機空心風(fēng)扇葉片這一結(jié)構(gòu)，能夠完美地呈現(xiàn)SPF/DB技術(shù)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)的整體性、高剛性、優(yōu)異減振和承力性能。對“技術(shù)控”的李志強來說，這樣的結(jié)構(gòu)足以吸引他竭盡全力。

盡管當(dāng)時在國內(nèi)無法找到項目支持，李志強還是想方設(shè)法從設(shè)計單位要來了一份以往發(fā)動機風(fēng)扇葉片的外形圖，帶領(lǐng)團隊利用老舊成形設(shè)備，從零開始、多次嘗試，研制出了手掌大小規(guī)格、內(nèi)部帶簡單支撐筋的鈦合金空心風(fēng)扇葉片模擬樣件。當(dāng)團隊成員滿懷工藝試驗成功的喜悅，拿著樣件去和設(shè)計圖紙對比時，卻發(fā)現(xiàn)葉片的型面剛好與圖紙相反！這似乎是一個“下馬威”。此次失誤的損失固然可承受，但卻時刻警示團隊成員：絲毫馬虎就足以毀掉成功。

2005年，在國家相關(guān)研究計劃的支持下，鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片項目終于得以啟動，李志強帶領(lǐng)團隊全力投入到葉片試驗件的研制中。

歷時6年，經(jīng)過成百上千次的工藝試驗和數(shù)據(jù)迭代，李志強和團隊滿懷信心帶著幾十件空心葉片試驗件到沈陽進(jìn)行振動疲勞性能測試。然而，試驗結(jié)果卻讓所有人傻了眼：絕大多數(shù)葉片在試驗臺上堅持不到1小時就發(fā)生了斷裂，只有個別葉片的性能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。

航空發(fā)動機追求的是絕對安全，在其20-30年的全壽命周期，要求風(fēng)扇葉片10億次循環(huán)的性能穩(wěn)定。為滿足如此嚴(yán)苛使用環(huán)境下整個風(fēng)扇在全壽命周期的結(jié)構(gòu)可靠性，全部考核葉片穩(wěn)定通過振動疲勞測試是基本要求，不允許哪怕一片葉片出現(xiàn)過早斷裂。

那個性能指標(biāo)最好的葉片，成了黑暗中的一束光，給予了團隊莫大信心，讓團隊很快走出了試驗失敗的陰霾，燃起了再戰(zhàn)的斗志。大家都明白，試驗的失敗并不是因為運氣差，背后一定存在著科學(xué)問題沒有真正解決。

找不準(zhǔn)問題的方向，就無從下手制定解決問題的方案。2011-2013年，是李志強最勞心的兩年。已擔(dān)任總工程師的李志強，白天行政工作繁忙，下班后還會準(zhǔn)時參加項目團隊會議，帶領(lǐng)技術(shù)人員分析并驗證工藝和數(shù)據(jù)，試圖從中找出問題的原因，尋求解決的方案。

團隊成員蓋鵬濤說，“回想起來，那時候最怕現(xiàn)場提問?！薄澳阏f噴丸強度是這個參數(shù)，如何證明？”李志強的一再追問，每次都會讓團隊成員出一身冷汗。在科學(xué)問題面前，李志強嚴(yán)肅且謹(jǐn)慎，絕不容許絲毫偏差;但是在討論問題時，他卻鼓勵大家，“空心風(fēng)扇葉片制造是一個全新未知領(lǐng)域，討論技術(shù)問題，不要有心理負(fù)擔(dān)，要敢于思考和質(zhì)疑，不迷信任何人甚至學(xué)術(shù)權(quán)威?！?/p>

空心風(fēng)扇葉片外形彎扭掠、空間變壁厚、內(nèi)部密集桁架的結(jié)構(gòu)特點，以及多次高溫?zé)嶙冃喂に囘^程，使得其外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)精度以及材料性能控制難度極大，而恰恰振動疲勞試驗又對以上制造偏差極其敏感，實現(xiàn)疲勞壽命穩(wěn)定控制的難度可想而知。通過翻閱大量相關(guān)文獻(xiàn)資料、梳理思路、分析原因、系統(tǒng)歸集問題，團隊最終確定了以控制葉片宏、微觀應(yīng)力集中為主線，重點解決整體結(jié)構(gòu)精確成形、進(jìn)排氣邊自適應(yīng)加工、材料性能主動控制、內(nèi)外應(yīng)力協(xié)同調(diào)控四大瓶頸技術(shù)的詳細(xì)攻關(guān)方案。

就結(jié)構(gòu)精度來說，空心葉片沿弦向、展向均為變壁厚結(jié)構(gòu)，既要保證氣動外形精度，又要保證空心桁架內(nèi)型精度，如何實現(xiàn)精確成形，工藝上如何控制？這又是一個新課題。另外，從內(nèi)外應(yīng)力調(diào)控的角度，實心葉片的噴丸工藝參數(shù)對空心葉片顯然不再適用。葉片厚薄不一、有無桁架連接之處，為達(dá)到最佳疲勞性能，噴射強度的參數(shù)又該如何控制？一個個具體問題逐步浮出水面。

又經(jīng)過四年攻關(guān)，1500多件試驗件，17000多個小時試驗，前后10余輪的結(jié)構(gòu)和工藝改進(jìn)，從材料、工藝、裝備、加工制造到試驗測試全過程，保證葉片疲勞性能最優(yōu)的結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，終于一個個被解決了。

李志強帶領(lǐng)團隊乘勝追擊，攻破了葉片振動疲勞這個最大的技術(shù)難題，并順利通過了葉片鳥擊試驗，為風(fēng)扇葉片在大客發(fā)動機驗證機上裝機應(yīng)用掃清了障礙。

“商用發(fā)動機上驗證成功只是前進(jìn)中的一小步，鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片研究和應(yīng)用仍有很長的路要走?！崩钪緩娊榻B到，“我們所處的位置，我們的角色，就是要不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展現(xiàn)有技術(shù)并研發(fā)新技術(shù)。作為軍工科研院所的一員，要把任務(wù)壓力作為創(chuàng)新的源泉和動力，坦然接受挑戰(zhàn)，去研究更先進(jìn)的技術(shù)，促使其螺旋式上升、前進(jìn)。”這是李志強的心聲，也是時至今日，他對年輕科研工作者的期望。

團隊成員韓曉寧談到，“多年來，李院長的職位雖發(fā)生了變化，但對技術(shù)研究的執(zhí)著與熱愛從未改變?！?/p>

技術(shù)攻關(guān)，靠的不僅是力氣和運氣，更多是智慧與汗水的完美組合，以及艱苦磨礪中的咬牙堅持。而能夠支撐一個人長達(dá)數(shù)十年初心不改，最根本的就是心中的信仰與夢想。于李志強來說，這份信仰與夢想，就是航空報國。正因如此，他才能夠在別人放棄的時候堅持，能夠在遇到問題時攻克難關(guān)，能夠始終確保自己的研究興趣與祖國航空事業(yè)同向，承載科技工作者的應(yīng)有使命。

匠心夢、航空夢

正如李志強所講，科學(xué)和藝術(shù)是相通的，科研人員總是期待科學(xué)蘊含藝術(shù)之美，這或許是他執(zhí)著于鈦合金寬弦空心風(fēng)扇葉片研制的另一原因所在。作為一名航空科技工作者，他最大的心愿就是不斷用新的制造技術(shù)托舉國之重器比肩世界、超越世界，這也是萬千航空科技工作者共同的航空夢。

責(zé)編/高妍

李志強，973項目技術(shù)首席，國際先進(jìn)材料超塑性學(xué)術(shù)委員會委員，中國機械工程學(xué)會塑性工程分會超塑性專業(yè)委員會主任委員，中國航空學(xué)會制造工程分會主任委員，英國帝國理工大學(xué)兼職教授，International Journal of Lightweight Materials and Manufacture 等期刊主編，是我國金屬超塑性成形領(lǐng)域的學(xué)科帶頭人之一，長期從事金屬超塑性、超塑成形/擴散連接（SPF/DB）、旋壓等塑性加工技術(shù)和專用裝備研究，為我國多型重大武器裝備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件研制生產(chǎn)和關(guān)鍵工藝裝備自主保障作出了突出貢獻(xiàn)。