曹春晓:有追求,有“钛”度

曹春晓,浙江上虞人,材料科学家、钛合金专家,中国航空工业钛合金研究和应用的创始人之一,“航空报国金奖”得主,中国科学院院士。

上海,梦开始的地方

曹春晓出生于1934年8月6日凌晨,浙江上虞曹村。从小长得清秀端正,一双机灵的大眼睛总是转个不停,一见人就笑,自小就受人欢迎。左邻右舍都叫他的小名儿——小旺。

1937年,曹春晓随母亲、大哥一起来到上海,住在黄陂南路的霞飞路口(今淮海中路)法属租界的里弄。十里洋场的繁华,让小春晓感觉眼花缭乱、目不暇接。

曹春晓自幼有一种与生俱来的好奇心和求知欲。只要遇到没有见过、没有听过的新东西,他一定想办法求解。上小学后,他迷上了《水浒传》、《西游记》等古典小说,夜以继日地阅读,眼晴也因此近视。“我9岁的时候,眼睛就近视了,一开始不愿意戴眼镜,怕被人嘲笑,结果遇到了好几次险情,差点没命。”

最终,曹春晓主动佩戴了眼镜。他说:“这件事给我印象很深,告诫我一定要及时接受教训,败者可调整行为而避免重蹈覆辙,成者可肯定行为而继续努力。”

航空材料领域,贡献一生

1945年9月9日,抗日战争胜利。11岁的曹春晓在上海看着身边喜笑颜开的民众,锣鼓声、欢呼声惊天动地,激动得不能自已。

他第一次感觉到,国家民族的命运和个人的前途关系如此密切。国家强大,个人才能有更大的作为。

就读于知名的上海南模中学(南模中学的毕业生中,两院院士多达36人),进一步培养了曹春晓对于科学的兴趣。

1952年,曹春晓如愿考入上海交通大学,分配在机械制造系,学习金属压力加工专业。尽管对这个专业有些不太了解,但本着服从组织分配的想法,曹春晓安心在这个专业里刻苦钻研。毕业后分配到北京航空材料研究所(航材院前身)。

彼时,朝鲜战争中我国空军力量的匮乏,让高层意识到航空工业建设的重要性。1956年5月,北京航空材料研究院在这样的背景下成立。

1956年10月,冲破美国阻挠毅然归国的知名金属物理学家、航空材料专家颜鸣皋来到航材院,负责筹建钛合金实验室。曹春晓被选中,担任颜鸣皋的助手,自此在钛合金研究领域“越陷越深”。

1964年底,国外留学归来的学者王金友对曹春晓说:“你现在是专业组长了,要好好考虑一下,如何打开钛合金在我国航空工业中的应用局面。”

当时,航材院已经研究钛合金多年,但还没有一个钛合金零部件应用到航空发动机上。曹春晓深感责任重大,由此开展了在涡喷6发动机上推广应用Ti-6A1-4V合金压气机叶片和盘的研究。

1966年,在曹春晓等人的努力下,我国诞生了第一台装上钛合金叶片的航空发动机。它掀开了我国航空发动机用钛史的第一页,实现了零的突破。之后,他与其他科技人员,将TC4钛合金叶片和压气机盘扩大应用到五六种机型之中,取代了原来笨重的钢叶片和钢盘,显著减轻了发动机重量,提高了发动机的推重比。

鲜为人知的是,一度让国人惋惜不已的国产大飞机的前身——运10飞机的研制,也曾经有曹春晓的身影。

1980年,运10首航成功,但最终因为种种原因下马。这一度让曹春晓遗憾不已。“对于我们这些航空材料人来说,谁不希望能坐上自己设计和制造的大型客运飞机呢?”

首创多个第一

在钛合金研究领域,曹春晓成就斐然。

1979年,国家决定给空军装备某种新型歼击机。该飞机所用的发动机急需一种耐热温度比TC4合金高100℃、拉伸强度比TC4高100MPa的TC11钛合金。

考虑到当时我国的冶金工艺在制造水平上的缺陷,产品无法达到优良的综合性能,国家打算从国外购买。

曹春晓得知后,心中非常难过:“难道我们只能求助外人,而不能自己研制吗?”一种为民族争气、为国争光的心潮在他胸中涌动。

经过反复研究,曹春晓创造性地提出了一种高低温交替的新型锻造工艺,即高低温交替热变形技术,它能显著改善大锻件内部组织性能的均匀性和稳定性。曹春晓凭这项具有国际先进水平的新工艺,获得了1987年国家科技进步奖一等奖。

不少飞行事故不是由于材料强度过低,而是由于断裂韧性太低或裂纹扩展速率太高所致。美国、俄罗斯等国都投入大量人力财力,试图通过合金化途径研制出兼具高强度、高刚性、高韧性、低裂纹扩展速率、低密度的钛合金,但结果均不尽如人意。

那么,能否独辟蹊径,通过新的工艺达到“鱼与熊掌兼得”的目的呢?

在长期积累的知识经验基础上,曹春晓提出了在歼7型机减速伞舱梁上应用一种崭新的热处理工艺(BRCT工艺)的建议。与传统热处理工艺相比,BRCT热处理工艺在保持原有强度、刚性的情况下,提高断裂韧性50%以上,疲劳裂纹扩展速率可降低一个数量级,提高使用温度20℃左右。这使TC11钛合金如虎添翼。

国家没有忽视曹春晓等这一代航空材料人的努力。1989年,他获得国家级有突出贡献中青年专家称号。1996年,他荣获光华一等奖。1997年,他当选中国科学院院士。2001年,他获得航空工业系统最高奖——航空报国金奖。2012年,他获得中国钛工业杰出贡献奖。

小结

曹春晓沿着少时“科技强国”的理想,一步步走来,如今也算心愿得偿。有态度,有追求,有民族情结,是他一生的写照。

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