中國飛機自製的探索過程(二) －大定發動機製造廠

一.大定廠的成立

1936年10月31日是蔣委員長的五十大壽,在國民黨中央黨部的策動下,海內外各界機關團體紛紛發起”獻機祝壽”運動.在各界的熱烈響應之下,這個運動為中國航空事業的發展籌到大筆資金.國府使用這筆資金采購了不少現成的飛機,並建立了一個航空工業最重要的工廠－發動機廠.

長久以來中國一直沒有量產飛機發動機的能力,以致即使號稱為本國自製的飛機,也必需使用自國外直接采購進口的發動機.因為技術與研究工作的局限,對這些發動機不盡無法仿製,甚至連大修都會出現問題,使大量的軍機因為發動機問題而不能起飛,乃至報廢拆零.這形成了航空事業投資上的極大浪費.航委會深知,唯一治本之道,就是建立能自行製造發動機的工業基礎.直到1939年之前,航委會與美國合辦的杭州製造廠建立了一個能夠組裝發動機並試車的裝配廠,並具備基礎維修的能力,但是仍遠不敷所需.隻要發動機一天無法自製,中國的航空工業就一天無法自主.1939年中國沿海的運輸管道多半被日軍封鎖,以致外軍械愈形困難,在艱困的環境下,航委會決心不計代價,完成自製發動機的宏偉規畫.

1939年12月1日,航委會派曾在美國學習航空工程的李柏齡先生在昆明成立籌備處,並投資344萬美元.這筆巨款即由”獻機祝壽”款項撥出.

因為中國缺乏相當的專業研發人員,所以李柏齡親自到美國網羅在美航空工業任職的中國留學生,在愛國熱忱驅使下,包括李耀滋,錢學渠,張汝梅,梁守穎,程嘉厚,胡旭光,沉運幹等7位航空工程專家放棄了在美國的工作,為祖國的航空工業盡力.

這批專家中最著名者為李耀滋先生,李耀滋為我國著名的流體力學專家,畢業於中央大學機械特別班(後改稱航空工程係),並於麻省理工學院取得博士學位.1947年應聘赴美擔任麻省理工學院教授,後獲選美國國家工程學院院士,1980年代任為全美華人協會主席,並曾代表在美華人歡迎鄧小平訪美.

為了使發動機工業能以最快速度上軌道,李柏齡跳過研究階段,直接向美國的萊特(Wright)公司購買CynLone G105型發動機的專利權.在與萊特公司簽約之後,李柏齡與預定返國服務的人員考查了該公司的生產流程與檢核發動機設計與測試數據,並向各廠家訂購了一批機床與儀器.在合約中李柏齡並與萊特公司協議每年可派25名技術人員到該廠實習,日後大定廠每年派出的技術人員除專業學習之外,並依發動機各零組件的製造作有係統的考查學習,使大定廠能依萊特公司的生產模式進行生產規畫.

G105發動機推力有1050磅,但缺乏較詳細的數據.筆者懷疑這款發動機應該就類似於當年普遍使用在C-47的Wright Cyclone R-1820,這款發動機是9個汽缸(cylinder)的星狀空冷型(radial air-cooled engines),推力可遠到1099磅(1,475匹馬力).仿作這種普及而耐用的發動機是自行生產發動機的快捷方式.





李柏齡一行返國之後,於1941年1月1日正式成立航空發動機製造廠,簡稱大定發動機製造廠.該廠對外稱稱作”雲發貿易公司”,但航空界一般內部習稱為航發廠.該廠直接隸屬於航委會第四署.1946年改稱空軍第一發動機製造廠,直隸於空軍總部航空工業局.該廠的建廠目標為年產G105型發動機300具,即萊特廠年產量的1/16.

二.工廠的構建

1940年11月,廠方在長期勘測之後決定在大定縣羊場壩的烏鴉洞建廠,並以聶恒賓擔任建廠籌備處主任.烏鴉洞是一個天然溶洞,洞深100米,洞高達60米.1980年代在大方縣(原大定縣改稱)人民政府協助下,經貴州省青年探險協會,貴州科學院山地所與貴州師大地理係組織實地測量烏鴉洞(今稱清虛洞),發現洞頂為世界最長的天生橋,橋高178.25米,跨高105.58米,橋拱跨度最大處127.35米,最小處77.69米,橋身長400米,橋身寬200米.已經超過現有的吉尼斯世界記錄（1993年版吉尼斯世界記錄記載的"天下第一自然橋"為黎平高屯天生橋.橋高78.8米,橋拱跨度最大處118.92米,最小處88.5米,橋身長350米,橋身最寬處138米）.由羊場壩至貴陽約160多公裏.

大定廠的廠區規模非常大,麵積達2平方公裏.設廠的各機台多半由滇緬公路搶運到國內,共達500餘噸.廠房的建設與機台安裝由總務科科長空軍上校毛克生負責,大定廠的主要的廠房建立在山洞之中,廠部大樓與技術大樓蓋在山洞之外.

廠房的建設規模宏大,主體建設足足進行了兩年.因為缺乏鋼筋水泥,所以山洞中機房的建築材料以木料與磚頭為主,構成一個三層的磚木結構建築,底層寬990平方米,中層800平方米,上層700多平方米.山洞廠房的底層為器材庫,二樓為機工課(包括機械加工車間,工具製造車間與熱處理電鍍車間)與五金材料庫.三樓則為裝配科,檢驗科,成品庫與專用工裝庫.總麵積約達5000平方公尺,區分為鑄造,金工,裝配,補給工廠與發電房等五個車間,以及原材料,工具,成品,設備,油料與廢品再生等六個倉庫.在山洞中的機房部分用石材砌成護牆,洞口有通風設備使洞內空通流通.值得一提的是因為缺乏建築原料,廠方必需自行伐木與設窯燒磚.

廠房內的設備繁多,許多設備均為當時國內難得一見的外購產品.據原副廠長汪福清回憶,包括了以下設備:

機工課有各式機床百餘台,包括車製汽缸體的自動車床,車製汽缸散熱片的多刀車床,汽缸螺紋銑床,加工汽缸頭球形麵立車,加工主副連杆的雙麵銑床,精镋連杆軸承的精密鏜床,金剛石鏜床,坐標鏜床,螺紋磨床,無心磨床與製活塞環磨床.

熱處理間有大型滲氮爐,滲炭爐,高溫刀具淬火爐,鹽浴爐與各種電爐.

電鍍間設有清洗,電鍍,拋光,濆漆,通風一套裝置.可以供鍍鋅,鉻,銅,錫,鎘及鎳.並可對鋁件進行陰極處理.

裝配課有同時裝配5台發動機的生產線,並有發動機附件的生產裝置.

檢驗科配有完整的測試與計量儀器,如精密長度測量儀,表麵光度測量儀與磁力探傷儀.總裝的發動機依WAC標準進行出廠試車,並在每一批量中抽出兩台作100小時連續耐久測試.試車台配有全套設備,對燃料消耗,增壓器壓力,各部濕度與發動機轉速均有自動測驗記錄裝置,並有機油過濾冷卻係統.

鑄工車間有熔鋁電爐與專鑄汽缸頭的造型機,能進行各色有色金屬的鑄造.為了量產活塞環與鑄造單體與簡體鑄胚,廠方設計了配有前爐的衝天爐以提高溫度.

設備課負責供應全廠的水電供應與設備維修.廠內的動力設備為兩台德國廠製造的250KW的柴油發電機組,因為缺乏柴油,所以改用植物油.但植物油的價格在抗戰中期飛漲,所以隻好改用當地盛產的無煙煤為原料,並向美國供貨商采購了燒煤的發電機組.但是這套設備在運回國內時因為太重而無法以滇緬路上的貨車運送,廠方隻好將這套機組在印度拍賣.因為無法外購新的發電機,所以廠方設計了一套匪夷所思的煤氣供電機組.廠方以兩台國產煤氣發生爐供應煤氣到一個改裝的原蘇製SB轟炸機的水冷式發動機,這個發動機在改裝後燒煤氣驅動.然後利用一個美製發動機上的減速機關帶動兩台德國造的250KW發電機.如此一來,原本燒柴油的發電機即可藉無煙煤繼續供電.

廠方在供水上也遇到問題.為了解決全廠每日約500噸的必要用水,廠方在距廠約3公裏的一個河穀中找到一條名為豕鬃河的小河並建立氣泵提水站,將河水輸往60公尺高的山頂水池,解決供水問題.

大定廠的生產管理製度,在當時的國內各廠中也顯得十分先進.

技術管理由總工程師負責,總工程師直轄設計課,工作準備課,檢驗課與研究課.設計課並不負責設計研究,而專責於國外數據的整理核對與圖表編製,並將美國的圖紙改以本廠標準重新製定.在具備經驗基礎之後,設計科設計了一個七缸星形發動機及汽車零件中各種品牌汽車的活塞,活塞環,活塞銷,軸瓦,大王針及氣筒套.並製定了一套零件的檢驗規範.工作準備課的工作為依據萊特廠的圖紙製定大定廠的工藝文件,並參與生調試.準備專門工夾具.而研究課編製有中心實驗室與金相實驗室,專重於質量控製與嚐試改進材料.

生產管理由工務處負責,工務處下設鑄工,機工,裝配,設備,購運與支配等六課.支配課為全廠生產的控製中心,下設器材總庫,考工股與生產支配室.支配課掌握全產的生產人力與物力調動權,並向廠長提出生產指示圖表,讓廠長了解全廠生產狀況.工務處並負責處理一般的技術性問題,隻有重大問題才與總工程師共同研究.廠內的實際生產作業也與當時國內一般編組不同,不設班,組等組織.在車間的技術員依圖紙與工藝文件安裝工夾具,試製頭兩個零件,若初檢合格,即讓操作工人直接生產.

大定廠的管理模式在1946年進一步依”工業工程技術”(Industrial Engineering﹐簡稱I.E.)的原則進行調整,建立了零件製造及裝配的標準工時製度,並利用馬表測時，對於生產計畫與管製有極大益處.

大定廠因為遠離城市,所以建立了自屬的生活區.大定廠的生活居住區設有可容納全體2000多名人員與眷屬的宿舍,並設有糧食加工廠,子弟學校,醫院,俱樂部與消合作社.廠內各建築群錯落有致,並以公路連通,因為在夜間燈火輝煌,而有”小貴陽”的美稱.這些建築工程質量極高,49年之後這些房屋用於學校與行政機關等用途,至今仍保存完好.

三.大定廠的人員

為了充實高級技術人員,廠方在建廠時從西南聯大,浙江大學等大學招募1941年應屆畢業的20餘名學生充為技術員.在工廠開始運作之後,又繼續由航委會高級機械班與各大學挑選人員,形成工程師與技術員的主力.到1947年遷廠為止,大定廠先後派遣技術人員80名到國外各廠實習,進一步提升人員水平.

在建廠初期大定廠的一般技術工人來自航委會由各兵工廠與飛製廠抽調的熟練工人.1941年開始大定廠成立學徒班,直接招收初中以上程度的工人.1942年大定廠成立員工訓練班以培養技工與中下級人員.班主任為清大畢業的黃敬先生.技工班一共辦8期,共培育出中級技術員286人,技工350人.

大定廠的員工一度高達2000餘名,該廠所培養的技術人員日後成為兩岸發動機製造工業的重要基礎.

在大定廠留在大陸服務的技術人員中,以技術員吳大觀的影響最為深遠.吳大觀原畢業於西南聯大航空係,在大定廠服務時期被送到美國廠實習.1950年人民政府重工業部設立了航空工業籌備組,即以吳大觀出任籌備組組長.1951年航空工業局成立後吳大觀負責發動機生產的組織和管理工作，並且學習蘇聯新的噴氣發動機生產工藝資料.1956年6月中國第1台噴氣式發動機渦噴－5點在沈陽航空發動機廠仿製成功.吳大觀在仿製蘇製發動機成功之後仍繼續努力於自行設計與自製發動機.1956年11月,吳大觀在沈陽航空發動機廠組建中國第一個噴氣發動機設計室,利用發動機廠生產定型的渦噴－5發動機為原型進行縮型,設計出裝配在殲教－１教練機的"噴發-1A"發動機,並於1958年7月26日試飛成功.1961年8月中央軍委在沈陽組建航空發動機設計研究所,以吳大觀為技術副所長,並授予技術上校軍銜.吳大觀仔細鑽研了米格－21的Ｐ 11反映－300（渦噴7）發動機,在研究之後吳大觀提出設計一種裝兩台渦噴－7發動機的雙發飛機(即殲－8)飛機,並裝備加力式渦輪風扇發動機.但研發期間適逢文革,吳大觀被停職審查及關進牛棚勞動改造.1971年吳大觀獲釋,才依原計畫繼續研製”渦扇－6”,直到70年代後期才突破了高溫、放炮、振動等關鍵技術,實現發動機在高轉速下穩定運轉的目標.但是由於渦扇－6研製周期過長,這具在設計之初被視為趕超世界先進水平的發動機最終隻能"停止投資應，總結經驗".70年代中期,解放軍引進英國在60年代初的一種雙軸渦輪風扇發動機"斯貝".1978年底吳大觀調任西安航空發動機廠任副廠長兼設計所所長,以斯貝為基礎研製成”渦扇－9”發動機,並裝配在殲轟－7.除吳大觀之外,運-8型飛機總設計師也出自大定廠.

另一位對解放軍影影深遠的人物為原大定場設計科科長梁守穎.梁守穎在1047年創建浙大航空工程係,1952年解放軍籌建哈爾濱軍事工程學院,梁守穎最先調入哈軍工,其後他又從事導彈的研究，成為國際先進的超音速超低空導彈的創始人,並被譽為"中國的導彈怪傑".

1995年,一位原大定場技術員收集了75位大定廠技術人員離廠後的簡曆,得出統計1)其中專家學者22人，占29％；在高校任教教授者22人，占20％；在各工業部門任高級工程師(包括教授級高工)31人，占40％。(2)在中國大陸共50人，占68％.

四.大定廠的成就

整體而言,大定廠的生產進度相當緩慢.一直到1945年春才完成了第一具G105的試製.從1941年開始,光是廠房即構建了兩年,而且在原料極度匱乏的情況之下該廠幾乎無法進行試製.到1945年中印公路通車,該廠才取得原料並開始進行生產,距離取得專利已過四年.相較之下蘇俄也在1941年取得同一型號發動機的專利生產權,不到兩年這型發動機已經在蘇俄大批量產.

在G105試製完成之後,抗戰勝利.大定廠廠長李柏齡調職,改由王士倬接任.廠內高級技術人員紛紛調往接收日方航空工業設備,生產一度停頓.,原總工程師李耀滋到麻省理工任教,,設計科科長梁守穎到遵義的浙江大學創辦航空工程係,繼任設計科科長為周善紛.等第二任廠長到任後才繼續30台航空發動機的批量生產.

到1946年12月之大定廠共完成G105發動機32具,抽樣檢測100小時耐久檢測的數據也通過萊特廠的審驗,達到可以安裝的水平.在通過審驗之後,大定廠即將兩具發動機送往昆明航空站,由該站將發動機安裝在一架DC-3,並成功地試飛南京.在證明合格之後,大定廠的發動機又安裝於昆明第1飛製廠自行生產的AT-6教練機.剩餘的發動機則運往台灣.

到1946年12月,大定廠已經將庫存的發動機毛胚件與外購配套件全部使用完畢.因為戰爭結束之後政府縮減軍事經費,所以大定廠並沒有得到其它經費維持發動機的生產,中國第一次的發動機量產於是停頓.

在停產發動機之後,大定廠轉型製造當時國內常見的汽車廠牌如雪佛蘭,福特,道奇,豐田與愛必的汽車零配件.包括活塞,活塞環,活塞銷與汽缸套.其中以灰鐵活塞環銷路最廣.大定廠特別成立了張圈製造所,年產各種牌號活塞環5萬個以上,並通過美方驗證.

在G105量產成功之後,大定廠於1944年由美國萊可敏公司引進了用於偵察和教練機上的185匹馬力小型發動機.1947年開始試產,但以遷廠而中止.1945年大定廠向英國羅爾斯羅伊斯公司引進用於噴氣式戰鬥機的Nene A噴氣式發動機,並準備在廣州設立分廠投產.但是因分廠未及成立而沒有實際投產.　

大定廠在中國整體工業條件尚未提升之前即硬性建廠,在克服建立工廠設施的困難之後,就遭遇到嚴重的原料件問題.在冶金,鑄造的整體工藝尚未提升之前,工廠的生產必需仰賴國外購入的配件毛胚.當對外交通線中斷之後,大定廠就失去了運行的條件.雖然廠方技術人員努力取得了少數極驚人的突破,但是也不能影響大局,隻能作為一個戰時中國為國家前途而奮鬥的事例.比如榮科在冶金工藝上的突破.

榮科,原名榮貴勤,1941年出生於遼寧省沈陽市,焦作工學院采礦冶金係畢業.抗戰軍興之後榮科在重慶第21兵工廠鑄造車間工作,並向冶金學專家朱洪健學習鑄鐵以及鑄鋼的技術.不久調入資源委員會從事銻與汞的冶煉.同時也在黔湘會靖地區開發金礦.在此期間榮科自行設計了鐵管式反焰煉汞爐,使汞的純度由97％提高到99％,回收率由40％提高到98％,在采金礦區用露天采掘技術使日產量提高一倍.1942年，榮科轉調大定廠鑄造車間主任.榮科在試製鋁鎂合金鑄件和鋼鑄件後自行研製了優質鑄鐵材料,使發動機活塞環使用壽命由1000小時提高到1萬小時，得到當局嘉獎.

榮科在1945年7月獲派為中國技術代表團副領隊,前往英國羅爾斯羅伊斯公司實習梅林水冷式活塞發動機製造工藝,在4個月後改為實習噴氣發動機製造技術.返國之後轉到貴州大學工學院礦冶係任教授.1950年春被調到上海華東紡織管理局參加杭州經緯紡織機械廠建廠,此後脫離了航空工業.

大定廠沒有在發動機的生產上形成一定規模,有其客觀環境的局限.事實上一直到30年之後大陸與台灣才先後產生真正足以稱做自製的發動機並投入量產.即使如此,1953年的一個巧合仍然使人心酸.該年在蘇聯援助下建立了哈爾濱國營120航空發動機製造廠,這個由蘇俄慷慨援肋的工廠所生產的發動機產品,正是G105.


五.大定廠的遷廠

1949年2月,空軍總部決定將大定廠遷到台灣,並撥出黃金10萬兩作為遷廠費用,新任廠長顧光複也前往台灣選擇廠址.5月,顧廠長撤銷航發廠建製,改設大定疏運處(處長胡廣家)與拍賣委員會(主任楊慶端),5月19日開始進行遷廠.

在決定遷廠後,多數高級人員不願去台灣,包括副廠長汪福清在內的許多建廠元老認為長途運輸必然使珍貴的機台遭到一定程度的破壞,所以對遷廠的態度十分消極,而且因為幣值波動導致員工難以維生,汪福清等人隻好繼續汽車零件的生產,並組織廠內汽車隊接生意.在此同時汪福清也與廠內的中共支部建立關係.在消極抗議之下最後隻有3成技術人員先後搭機去台,並有3/5的精密機床被搬往台灣.1949年12月25日,共軍接收大定廠的剩餘裝備與人員.

1951年原大定廠遷廠到成都,改組為二機部航空工業局的國營411廠.1954年末411廠改為空軍5701軍用飛機大修廠,並曾大修國軍遺留在大陸的36架C-46運輸機.主持投共的汪福清則轉任任貴州省政協副主席.

1960年代,航空工業"O一一基地"遷往貴州大定廠原址,並將原航發廠區加以擴建,成立了金江機械廠,生產飛機零附件.1980年代這個廠遷置.大定廠區成為一片荒地.改革開放之後,羊場壩的溶洞群成為大方縣人民政府的重點開發資源,並準備建立”雲發避暑山莊”.不過大定廠的舊址也在風景區的規劃景點之內.今日,大定廠的舊址仍然大體完好,鐫有"物有本末，事有終始，知所先後，則近道矣"的石壁依然保存完整.主廠區洞口上方"上下有序"的摩崖石刻也一如當年,隻是烏鴉洞已不再是國防工業的重地,昔日數千員工生活的地區已然芳草萋萋,林木參天,成為旅行渡假的良好去處.





六.大定廠的價值

1943年4月19日,蔣委員長視察大定廠,並在廠內住了兩天,切實了解中國航空工業命脈的建設進度.廠內員工在數十年後的回憶中仍對委員長與全體員工及家屬在野外草地會餐記憶猶新.在了解工廠實際困難之後蔣委員長深感憂慮,並親自寫下一句名言交給工廠:

”我們的發動機何時可以完全自製”

雖然有客觀條件的限製,但這句話仍被大定廠乃至整個空軍單位奉為座右銘.在國府來台初期,因為大定廠的主要人員機台仍有半數未來台灣,所以整個繼續發展的規畫被擱置.一直到1973年航發中心才再度成立研製發動機的介壽二廠.

1978年,蔣經國總統下令研製自製戰機,航發中心於是開始進行自製發動機的”雲漢計畫”.雲漢計畫與40年前的大定廠發展模式完全一樣,也向美國的蓋瑞公司購買現成設計進行研發,在美國的重重設限之下,航發中心的TFE-1042隻是一種推力有限的發動機,但這已經使掌年大定廠自製發動機的宏偉規畫夢想成真.

1988年10月,首具TFE-1042交貨.10月31日為蔣委員長冥誕,參謀總長郝柏村上將親率三軍代表在慈湖陵寢呈獻自製的飛機引擎.空軍花了整整半個世紀,終於實現了領袖的指示,完成發動機的自製.使自大定建廠以來的努力,能夠賡續不斷,終而為中國的航空工業寫下曆史性的一筆.

在郝上將在回憶錄中提到:”我在慈湖蔣公陵寢呈獻我們自製的飛機引擎，達成多年前蔣公的願望。"台獨"人士說我在作秀，未免所見者小，不知來龍去脈也。我對"雲漢引擎"的推力仍不滿意，9600磅的推力隻供第一階段使用。根據技術人員報告，該引擎在原構型不變、重量不變的情況下，仍可從材料及其它技術上改進，推力每具可達12000磅，如此兩具共24000磅推力，可與F-16匹比。我當時決定投資研究，估計再投一至2億美元。可惜我離開政府後，這件事被後繼者擱置了…..”。

1990年代,原大定廠技術員歐陽昌宇寫成《烏鴉洞奇跡》,翔實地記述了大定廠的建廠始末.