怎样尽快打开钛合金在航空工业上的应用这一局面呢？ 曹春晓和课题组觉得其突破口应该是发动机转子叶片和盘。他们选定了Ti-6 Al-4 V （ TC4 ） 钛合金。从1965年起， 曹春晓率领由三机部内外的厂所院校组成的大型联合课题攻关组， 研制成功TC4合金叶片和压气机盘。从1970年开始， 五六种航空发动机都先后装上了多级TC4钛合金叶片和压气机盘，取代原来笨重的钢叶片和钢盘， 使发动机单台重量明显减轻， 显著地提高了发动机的推重比， 为我国空军装备的现代化做出了重要贡献。TC4钛合金在涡喷6及其改型机上的应用是我国航空发动机用钛史上零的突破， 为我国航空发动机用钛掀开了新的一页。
1979年， 国防部决定用歼8Ⅱ等新型战斗机武装空军。新型机所用的发动机为涡喷13系列， 钛合金用量占总结构重量的13%。这种发动机需要一种耐热温度比 TC4 合金高100℃、拉伸强度比TC4 高100 MPa的TC11 钛合金。由多个厂所院校组成的课题组紧张战斗， 很快完成了研制任务。
这一科研成果不仅在技术水平上达到了国际先进水平， 而且创造了重大的社会效益和经济效益。由于TC11钛合金具有优良的综合性能和工程化生产应用方面的成熟性， 自研发成功至今的20多年中， 不仅大批量地应用于某型号发动机， 而且推广应用到其他型号发动机上， 成为我国军工系统用量最大的一种钛合金。这一成果还对我国钛合金航空锻件出口至美国、欧洲起到了积极的促进作用。
由于该课题的先进技术水平和工艺上的重大突破， 特别是高低温交替热变形技术的创立， 解决了两种新型航空发动机的急需， 为两种新型战斗机的首飞成功立下了汗马功劳， 为空军装备的更新换代做出了重要贡献。在技术上， 推动了钛合金领域科技的进步， 提高了我国在钛合金方面的国际地位， 令国外同行刮目相看， 倍加赞许。由于上述重大的社会效益和经济效益， 该课题以高低温交替热变形工艺为核心技术的创新性成果， 获得1987年度国家科技进步一等奖， 曹春晓为第一完成人。
当飞机设计师们逐渐明白航空材料的优劣不仅取决于强度、刚度和密度， 而且还取决于断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率的时候， 才发现原来那些高强度的材料往往只有较低的断裂韧性和很高的裂纹扩展速率， 不少飞行事故的发生不是由于材料强度或刚度过低， 而是由于断裂韧性太低或裂纹扩展速率太高所致。于是飞机设计师们不得不放弃某些高强钛合金而重新起用一些强度较低而断裂韧性较高、裂纹扩展速率较低的材料， 真是鱼与熊掌不可兼得， 只能舍鱼而取熊掌也。20 多年来， 美俄等国投入大量人力财力去寻找兼有高强度、高刚性、高韧性、低裂纹扩展速率、低密度的钛合金， 但迄今为止， 结果仍不尽如人意。
曹春晓萌生一个念头： 能否另辟蹊径， 通过新的工艺达到兼有鱼与熊掌之目的呢？ 在长期积累的知识经验基础上， 他提出一种崭新的热处理工艺———BRCT工艺。这种新工艺， 使TC11合金如虎添翼， 变成了独树一帜的兼有“四高二低”（高温、高强、高韧、高刚性、低密度、低裂纹扩展速率） 特性的钛合金。
随着一些更先进的航空发动机的发展， 迫切需要研制一种能耐更高温度的新型钛合金。
从1986年开始， 曹春晓作为“550℃高温钛合金的应用研究”课题负责人和材料研制的参加者， 又开辟了新的战场。所研制的新合金， 1995~1996年期间， 装在某型号发动机上的第六级压气机盘、第5/6级鼓筒、第五和第六级转子叶片， 均成功地经受了长期试车的考验。
钛合金虽已在航空航天器上得到了应用， 但它的最高使用温度还只限于600℃， 超过此限的零部件就属于镍合金的领地了， 而后者的密度几乎要比前者大一倍。如何进一步提高钛合金的使用温度， 继续向镍合金的“势力范围”挑战， 使发动机的重量更轻， 这是国际钛学者正在研究的重大课题。曹春晓把这一难题喻为“热障”。
始终关注和跟踪钛合金领域国际动态和科技前沿的曹春晓， 获悉国外有人正在研制一种使用温度可达650~700℃的金属间化合物， 这对钛合金来说无疑是一次革命性的飞跃。曹春晓瞄准了这一具有世界先进水平的目标， 立即向国家“863”新材料领域专家委员会提出研制Ti3 Al基合金的立项申请报告， 项目名称是“Ti-Al系金属间化合物合金化和热处理工艺研究”， 曹春晓是项目负责人。曹春晓明白， 这一场角逐， 不仅是国内科技界的， 也是世界钛学术界的。中国人民是有志气的， 在这场激烈的国际竞争中， 我们岂甘落伍？
为解决研制过程中的难题， 曹春晓提出了逐渐降温工艺 （ GDT ） 和高低温交替热处理工艺相结合的可以避免铸锭锻裂和优化金相组织的锻造技术以及为优化性能相匹配的α+β区三重热处理技术 （ ABT）。在课题组成员的共同努力下， 在1989年短短的一年内， 就研制出了性能优良的TD2合金棒材。采用TD2合金取代GH4033合金制成的涡喷结合环和涡轮导风板终于装在涡喷发动机上， 成功地进行了地面台架试车。这是我国金属间化合物结构材料进行试车的首例， 而TD2合金涡轮导风板又是国际上Ti3 Al基合金转子零件进入航空发动机试车阶段的首例。这说明了该课题工作在国内和国际上都是具有开创性的。
曹春晓及其课题组几十年的艰辛换来了赫赫战绩： 体坚质轻的钛合金家族， 从零开始，先后“进驻”到十多种飞机的发动机和其他部件上， 请一些笨重的钢部件相继退役。由于给发动机“减了肥”， 提高了航速， 增加了航程， 节约了燃料， 翱翔在祖国蓝天的战鹰更加轻盈矫健了。曹春晓率领课题组在从事钛合金研究50多年的生涯中， 殚精竭虑， 勇往直前，不断创新， 勇攀高峰， 在使我国航空系统变形钛合金专业从无到有， 取得累累硕果， 跻身世界先进水平方面， 立下了汗马功劳。这位工龄=钛龄=院龄的建院先驱， 不愧为我国航空用钛的开路先锋。曹春晓以他出类拔萃的成就成为新中国培养出来的北京航空材料研究院的第一位中国科学院院士。
航空人的情结
丁惠梁
眼前所里一片忙碌有序战果累累的景象， 透射出整个航空工业欣欣向荣的大好形势。尽管我们这些老航空人已无缘再逢这大展身手的机遇而多少有些遗憾， 但成事不必在我， 一生的心血总算开花结了果， 内心不禁充满了无限的欣慰与骄傲。人的一生漫长又短暂， 平凡又壮丽， 有顺风又有逆境， 但不管怎样， 只要你努力与付出， 在祖国大好河山的美丽画卷中总会留下每人值得骄傲的一笔。
眼前见到的一切， 无不勾起一幕幕生动的场景， 尽管很多人、物已经不再。
看到每天往来阎良的通勤车， 就想起1964年我大学毕业乘4个多小时火车到阎良八所报到与航空结缘的往事。尽管我1951年抗美援朝参干， 干校毕业后参加过部队的基本建设，但如今又有机会投身航空事业， 内心和其他毕业生一样激动， 无论条件如何艰苦也要大干一场。不久， 我们就在不同岗位以不同形式投入飞机强度所的筹建工作———从基建开始迅速在偏僻的山沟建设远东最大的强度研究中心。我们这批新来的技术人员从下放锻炼的各空军基地抽回， 分派到112厂和320厂的强度实验室实习， 准备迎接建所后的首战———大型飞机轰6的试验验证。这批年轻人随后陆续回所， 从大城市来到耀县山沟， 在首任所长王兴华 （被大家亲切地称为王老头）、副总师魏信芳和后来调来的室主任陈荣波等领导下， 克服重重困难日夜奋战以保证国家的急需。在山沟里一干就是近30年， 真是献了青春献终身， 献了终身献子孙。我们这一代建所元老无愧于肩负的使命， 时代见证了每人的艰难和付出。
要说的故事实在太多了， 作为一个技术人员， 就说些技术上的事情吧。
建所是在国家困难和技术落后的情况下进行的， 每前进一步都要付出极大的努力。当看到如今试验厂房内通过液压伺服协调加载和电子数据采集系统顺利完成一个个试验任务时，就不由想起当时要在短短不到两年时间里解决大飞机多点加载协调的往事。当时的现状是，每个加载点用一台油车加载， 各用一台坦克泵提供高压油源， 加载员按读表员的手势， 用双手通过4个单向节流阀控制流向和流量实现加、卸载； 读表员则手执加载表， 用望远镜读取高处的测力计载荷， 再用手势指示加载或卸载及速度。这种方式不仅现场机器雷鸣， 人声嘈杂， 也因各点载荷干扰难以实现协调， 尤其是在高载情况下， 用这种方式显然无法满足大飞机最少近20个点的加载控制和协调。由于国内短期内还无适当液压伺服阀可用， 又难于依赖研制的机械方式液压控制设备 （即“44点设备”） ， 只好转而要求在试验前土法上马研制出“单点远读加载控制台”。我受命和其他4 个年轻人 （沈吉坤、毛淑珍、王桂香和宋明远） 承担了这些任务。最后在统一油源下实现了由加载员和读表员按控制台的“液压远读测力计”， 用一个手动滑阀顺利进行各点的加载控制， 并与指挥进行联络。由于技术上采用了可靠的手动滑阀控制流向和流量， 通过液压测力计可靠读取载荷， 较好地实现了加载协调， 解决了轰6试验的急需。当时这项设备在航空界是最好的， 后来成功用于623所早期的水轰5、运10和运7等试验， 直到后来在冯仲越副所长兼总师力争下引入MTS设备为止。
再说说我涉及到的一些研究工作。
人生的最大欣慰莫过于生命的付出能在现实中得以延续、发展， 为社会造福。作为科技人员， 能够亲自参加国防科技研究， 深感荣幸。
在轰6试验转入常规的情况下， 从1968年开始623所静力研究部门就及时调整人力和计划， 开始向兼顾预先研究的方向转变。这项转变是陈荣波和叶克家根据当时的可能促成的。1973年冯仲越副所长来所主持技术工作后， 更有计划地瞄准关键项目开展623所的研究工作， 一方面解决了航空发展的急需， 又达到了出成果出人才的目标。从1973年起， 老科学家们根据国际发展的趋势提出了若干发展的方向， 包括断裂力学、复合材料和优化设计， 623所对这些陆续开展了研究。根据冯仲越提出的计划， 对计算力学更开展了集中的有限元分析系统的研究， 取得令人瞩目的成果。
在此背景下， 我和主机设计所的技术人员从1973年开始投入了结构优化技术的应用研究； 那还是“**********”的年代， 条件相当简陋， 有些资料就得一字一字地抄下来， 精神上也还是有相当压力的。不过， 飞机减重是核心任务， 结构优化可以科学有效地减轻占全机重量一半的结构重量， 只要对国家有利， 一切也就不多去理会了。在钱令希院士的指导鼓励下， 我和小组的同事努力学习， 逐步入门， 开始摸索基本的优化技术， 并结合用于机身和构件的优化， 着重多约束优化设计方法研究。除了大量查阅翻译资料进行理论探讨外， 还要编写程序， 对照程序输入纸带 （如今电脑敲入的一个字母、符号就是两排孔）， 校对输入修补纸带， 到处奔波争取上计算机调程序算结构， 大家付出的艰辛真是一言难尽。
这些研究得到冯仲越副所长的支持， 并在他争取和组织安排下由623所任组长单位并联合了几个设计所和631所， 于1979年正式开始了机翼结构多约束优化系统YIDOYU的研制。我作为总体组长， 负责完成系统的总体技术设计， 基于国外技术进展和几年研究的结果， 将当时国外一系列先进技术方法用于系统， 包括采用准则法处理大量强度约束， 用数学规划手段结合近似模型技术， 同时处理静动气动弹性和刚度型约束， 对关键的敏度计算则给出了解析求导方法， 保证系统能迅速获取优化的结构设计。通过几年的共同努力，终于成功研制出能同时满足机翼设计强度、刚度、气动弹性要求的翼面结构优化程序， 解决了型号研发的难题， 也锻炼了一批优化设计技术人才。这个项目于1983 年获得航空工业科技进步一等奖， 1985年获得国家科技进步二等奖。
我于1984年在美国当访问学者研究优化技术， 为期两年。为了适应先进复合材料的应用， 回国后， 就和大家一起着手复合材料的设计剪裁研究， 并协调兄弟单位论证开展复合材料结构优化系统的研制。除了技术准备外， 根据经验， 更着重于复合型技术人才的选培工作， 创造条件到德国DLR进行国际合作， 培养一支富有创新能力的队伍。从20世纪80年代末到90年代初， 在航空航天工业部组织下以623所为组长单位， 由我担任系统主任工程师， 组织开展了复合材料结构设计与综合系统COMPASS的研发工作。623所的同志陈文浦、孙宪学等都全力投入， 新生力量孙侠生、段世慧和黄琦等充分发挥了他们的聪明才智和攻坚能力， 从实战锻炼中迅速成长。