美国喷气航发研发启示：修飞机师傅胜过高学历工程师

　　原标题：夏建白：喷气航空发动机的研发启示 

　　来源：中国科学院院刊

　　夏建白（中国科学院院士）

　　中国科学院半导体研究所

　　实际上各行各业需要的人才是多种多样的，就像纽曼那样，用中国话来说，他就是个“修车师傅”或“修飞机师傅”。

　　航空发动机被誉为飞机制造业“皇冠上的明珠”，但却是制约中国航空工业发展的“软肋”。目前，真正能生产先进航空发动机的只有美国、英国、法国等几个国家。2016年，中国航空发动机集团公司正式成立，习近平总书记作出重要指示强调，加快实现航空发动机及燃气轮机自主研发和制造生产，为把我国建设成为航空强国而不懈奋斗。

　　引领全球商用大型客机发动机制造的公司主要有2家：美国的通用电气（GE）集团公司和英国的罗尔斯·罗伊斯（Rolls Royce）公司。

　　通用电气前副总裁纽曼（Gerhard Meumann，1917—1997）曾在其回忆录中记载了二战后，他在美国通用电气研制喷气航空发动机的经历。从1945年二战结束到1980年第一台“高函道比和可调静子叶片”涡轮发动机研制成功，其间共经历了整整35年。

纽曼（Gerhard Meumann，1917—1997）

　　纽曼出生于德国法兰克福。他的父亲从事羽毛生意，可纽曼小时候就对发明感兴趣，想成为一个工程师。当时德国的工程学院或大学在招生时要求考生必须先有两年机工或钳工的学徒经历，学校才能接受。

　　虽非必须，但纽曼的父亲还是给他找了一个修车铺的老板当师傅。师傅的要求很严格，纽曼进车间的第一天，师傅就宣布了对他的基本工作要求，这些要求近乎严苛，但却让纽曼养成了良好的工作习惯。

　　当时纽曼才不到十六岁，经常要爬到车底下修车，满手油污。特别是在冬天，手冻得发紫，手和膝盖经常受伤。纽曼在严师的指导下，很快学到了一身修车本领。他在回忆录中提到：“马粪能制止散热器水箱漏水，这是我学到的一个窍门。1948年，我在美国马萨诸塞州林恩城的通用电气公司发动机厂，曾用过这个老办法，把当时价值600多万美元的美国第一座喷射式发动机试验台的大型冷却设备的漏水问题解决了，而且效果非常好。”

　　1935年纽曼结束了学徒生活，进入了德国最老的一所技术大学——密特威达工业大学学习。密特威达注重培养应用工程师，能够为民间或军方所用，设计出易于维修又可靠的产品。这所学校之所以出类拔萃，与学生们入学前接受过学徒训练是分不开的。

　　1939年纽曼大学毕业后来到中国。靠着一手精湛的修车技术，纽曼在香港一家美国人开的修车铺中安顿下来，并且干得很出色。1939年9月1日德国入侵波兰，9月3日英国对德宣战。身为德国人的纽曼离开了香港，前往昆明。

陈纳德（Claire Lee Chennault，1893—1958）

　　美国陆军航空队少将，飞行员

　　当时的中国正在战乱之中，借助丰富的机械知识和精湛的修车技术，纽曼的天赋和才华得到了充分的发挥。纽曼先是带领由20辆雷诺组成的车队在刚修成的滇缅公路上跑了一趟，来回运送了许多战略物资。后来又自己开了一家汽车修理店，因当时在轰炸中被炸坏的车太多了，修理生意非常繁忙。

　　1941年12月8日，日本偷袭珍珠港，美日宣战。纽曼接受了陈纳德的邀请，成为了“中国空军美国志愿援华航空队”（即“飞虎队”）的一员，作为一名机械师负责飞机的维修。

　　在飞虎队中，纽曼可以对P-40战斗机各式各样的故障进行维修，几乎没有什么能难道他。不过纽曼最为艰巨和出色的工作，便是拆卸数架日本零式战斗机残骸，选取可以使用的零件，重新组装修复了一架完整的、可以飞行的日本零式战斗机。

　　利用这架零式战机，美国人详细研究并比较了日本和美国战斗机的参数性能，为在空中打击日本零式战斗机战术提供了重要情报。最后纽曼写了一份有关零式飞机的情报，提供给了美国俄亥俄州戴顿城茹爱特基地有关敌机资料分析的专家。

“飞虎队“的P-40战斗机

　　1943年3月15日，在做完所有对比鉴定飞行之后，这架零式战机被运回美国。1971年，豪洛威将军在空军年会的讲话中，谈到二战期间在中国担任中校大队长时提到纽曼：“有纽曼当我的机务长，就如同由凯德林先生来管理一个当地的雪佛兰修车店一样。”（凯德林是通用汽车公司有名的工程师、发明家）

　　二战后，1948年3月纽曼成为了一名通用电气的工程师，主要负责试验轴流式喷气发动机。通用电气公司在喷射发动机的制造中，品质管控历来都是一项关键性任务。从原材料纯度的检验到零件的加工、组合件尺寸的精度的测量，每一项要求都非常严格。

　　在极端灵敏的测试仪器研制方面也下了很大的功夫，以便在发动机处于冷状态或热状态时，探测锻件或重要连接部位的缺陷，甚至对于听起来似乎很简单的事情，都要经过大量的研究和反复的试验工作，以将误差降到最低。譬如安装螺栓、螺帽时，要考虑如何避免发动机在各种极端工作情况下，因螺栓、螺帽的松、紧，出现压力不足或扭力过大的现象。

　　1948年4月，通用电气在研制J-47型标准军用喷射发动机时，遇到一个难题：耗油率过高。有一次纽曼在和总经理一起吃饭时谈到这个问题，忽然有了一个奇特的设想——可调静子。

　　当时流行的压缩机，设计时静子全部安装在压缩机匣内固定的位置上。由于发动机的工作范围大，转速有差异，这种固定位置不可能配合多变的压缩机产生最佳效率。因此纽曼建议采用一个在飞行中既能改变静子角度又不影响其可靠性的系统，这就是“可调静子”。

　　6个月后，装有可调静子叶片的新型压缩机开始试车试验，它的效果不仅仅是良好，而且是极佳。从此，纽曼发明的可调静子叶片成为通用电气公司的专利这一发明在喷气式航空发动机的发展历程中具有重要意义，在当时显著提升了发动机性能，其成果被业界广泛采用。

　　通用电气也凭借这一技术大大提升了其航空发动机核心机的性能，并多次打败对手。直到今天，全球甚至包括俄罗斯生产的喷射式发动机都带有可调静子装置。

　　1952年，纽曼参与了通用电气下一代发动机的整体研制，他提出的“可调静子叶片发动机设计方案”在竞标中获胜。这新型的发动机代号为GOL-1599。

　　依靠团队精神以及纽曼高超的组织管理能力，1953年12月，纽曼所带领的研发团队将第一台GOL-1599高性能喷射发动机推进了专用试车台。第一次试验没有成功，3个星期后，发动机又推进了试车台，试验结果非常成功。

　　这是通用电气公司有史以来所研制的效率最高的发动机，不仅在绝对推动力上具有绝对优势，而且体积小，重量轻。4个月以后，美国政府就跟通用电气签订了新型发动机（空军代号J-79）合同，用于装备当时最新的空军和海军战斗机、超音速轰炸机和导弹。1955—1982年，全球购买“生产许可证”的厂家与通用电气共同生产了19000台“J-79”，总价值超过49亿美元。

纽曼（左）与GE航空业务负责人Neil Burgess（右）与J79航空发动机合影

　　1955年3月，纽曼升任通用电气公司发动机部门总经理。1961年3月，纽曼接任飞机发动机公司总经理。1980年开始研制超音速客机的喷气发动机。参加竞争的有几家美国飞机公司，都投入到这数十亿美元的竞争之中。这种大型飞机的发动机与以往小型飞机的发动机不同，发动机功率大，气流大。

　　为了能够制造出一款性能优异的发动机，纽曼往往会倾注自己全部的心血。纽曼和他的工程师想出一种新方案：在发动机进气口前安装一个大风扇，所有进来的空气经过风扇被分为两部分，约八分之一的空气进入常规发动机的进气口，经压缩与燃油混合后点燃加热；剩下的空气通过尾部喷口，从发动机外部绕道通过。

　　这种“高通道气流”可给飞机带来许多额外推力，并可降低油耗。经过计算高通道比发动机的每磅推力消耗，要比当时航空公司使用的普通喷射发动机节省25%的燃油。这种高函道比和可调静子叶片发动机引起了航空运输的一次革命。利用这两种技术可以制造世界最大的飞机，如波音747、C-5A银河、DC-10等。

　　通用电气公司发展喷气发动机的经历说明了任何科学技术的进步首先需要人才，尤其是有创新思维和创新精神的人才。而且这些人不光是要有创新思维，而且还要有实现这种思维的能力。除此以外，科研环境、技术条件都是很重要的，一样都不能缺。

　　通用电气还在新材料、新化学铣切技术、摩擦焊、激光钻孔、粉末冶金、塑料、对旋转中的发动机作实体X光透射、数据控制工作母机、超声波和激光等检查方法中取得了一系列先进创新成果，这些都已经获得丰硕的成果。这里值得一提的是叶片材料需要耐高温、耐冲击，材料组成能化学分析出来，但加工工艺是绝密的，需要自己探索。

　　制度管理也是一个很重要的因素。通用电气公司中，27%的在职副总裁出自飞机发动机部门或仍负责该部门。这些管理人员中，几乎没有一个是从公司或从某大学的管理学系，用训练课程在课堂里培养出来的，而是在发动机集团里，从日常工作实践中学习管理的。在这个集团里，对事业热心、领导能力、专业上的丰富积累和悟性，才是选择经理人才的主要条件。

　　为什么纽曼这个“讨厌的外国佬”胜过通用飞机发动机集团中数千个美国人而身居要职？这与纽曼经历过艰苦严苛的“学徒生涯”密切相关，磨练出了切实的一线工作经验和受用一生的良好习惯，也就是当前所说的“工匠精神”。

　　纽曼自己说：“的确，我受过三年艰苦的学徒磨练，以及实用工程教育，这是我这一代几乎没有一个美国人所经历过的。单就这一点来看，最令人遗憾的是，今天在美国的年轻工程师们，仍然没有觉察到这种磨练的重要”。这句话对于目前中国的年轻工程师们来说，也值得深思。

　　中国几千年形成的人才观，在封建社会里是秀才—举人—探花—状元的科举制模式，现在是中学—大学—硕士—博士—出国的模式。全中国几亿家长带着孩子都在这个独木桥上往前挤。一提到引进人才，眼睛就盯住那些洋博士。

　　实际上各行各业需要的人才是多种多样的，就像纽曼那样，用中国话来说，他就是个“修车师傅”或“修飞机师傅”。上海市政府最近发布了《关于推进新时期上海产业工人队伍建设改革的实施意见》（2018年4月26日《解放日报》），要改善技术工人的地位和待遇，这是一个好的开端。但是要破除中国人几千年来形成的“万般皆下品，唯有读书高”的传统思维，前面还有很长的路要走。

　　（本文参考《纽曼回忆录，从飞虎队员到通用电气副总裁》，中国工人出版社，2008年）

　　夏建白  半导体物理专家。1939年出生。1965年北京大学物理系研究生毕业。中国科学院半导体研究所研究员。2001年当选为中国科学院院士。在低维半导体微结构电子态的量子理论及其应用方面进行了系统的研究。