尧丁 羽渊

2018年5月，一则消息引来广泛关注：我国大客发动机验证机首台整机点火成功。

钛合金宽弦空心风扇叶片研制项目负责人李志强会心笑了。作为大型客机发动机验证机研制十大关键技术之首，其研发进展备受业界关注，其成功研发标志着我国钛合金宽弦空心风扇叶片设计制造技术取得突破性进展。

“空间弯扭掠、大弦长、高空心率”，超塑成形/扩散连接技术（SPF/DB）成就了钛合金宽弦空心风扇叶片之美。这一堪称艺术品的构件，正是李志强和团队潜心攻关30余年的目标所向。

李志强会心之笑，是为团队不懈努力而高兴，也是对自己数十年科研工作所经历的点点滴滴的一个回馈。

不负春光，潜心科研

1986年，李志强从西北工业大学材料科学与工程系毕业，分配到中国航空制造技术研究院（其前身是中国航空工业集团北京航空制造工程研究所）工作。

李志强一入职便从事SPF/DB的研究。该技术利用材料在高温下具有均匀大变形能力（超塑成形）以及界面原子互扩散形成与母材接近等强的固态接头能力（扩散连接）实现结构的成形。这种轻量化整体结构制造技术可以取代或者部分取代传统的铸锻件数控加工、骨架蒙皮焊接、铆接等结构，结构强刚度好、轻量化效果显著，在航空航天领域有着广泛的应用前景。因此，自诞生起，该项技术就迅速成为航空航天工业推崇的技术“新贵”，成为衡量一个国家航空航天技术能力的重要标志。

他入职时，国内SPF/DB技术刚刚起步，单位里仅有两台自主改造的老旧设备，技术人员通过在空心炉砖中盘绕电阻丝实现设备加热。李志强在当时就练就了快速缠绕电阻絲通电加热的本领，直到现在还没有忘记;没有可供借鉴的蓝本，就自己动手想办法。在纪文海、宋飞灵等老一辈技术专家带领下，李志强就是在这样简陋的“土炉子”上，研制出了国内首个正式的钛合金超塑成形/扩散连接装机零件。

上世纪80年代至90年代中期，国内型号任务少、科研经费大幅缩减，早期从事SPF/DB技术的上百家单位在此期间纷纷转行，最后坚持下来的不过四五家，各单位年轻科研人员离职下海也不在少数。李志强选择了坚守，科研任务少，他就充分利用时间阅读大量技术文献。良好的英文能力，让他阅读国外资料游刃有余，夯实了专业功底。

多年后与团队成员交流时，李志强坦露了当时的心声：“坚持下来，就是因为兴趣和好奇心。看了资料，更坚信我们一定能做得跟他们一样好，甚至可以超越他们。”他停顿了一会，话锋一转，“那时候军品任务少，没有多少经费，但同时也没有生产和交付压力，其实正是一个潜心做科研的好机会。”

由于经费限制，李志强和团队选择了最核心、最基础的结构开展研究。SPF/DB的二层、三层、四层、五层以及更复杂的结构，都在那段时间实现了突破。在中国航空制造技术研究院展柜展示的许多SPF/DB典型结构件，均是那段时间的作品。

所谓经典，就是为后来的年轻科研人员从事SPF/DB技术研究提供了基本范式与有益借鉴。正因为这样的坚持，才在艰难时期将这项先进制造技术的火种保存下来，并孕育成星火燎原之势。

持之以恒，岁月总会回馈曾经的付出。

厚积薄发，推陈出新

经历低迷期后，航空工业终于在上世纪90年代末期迎来了发展机遇。机会总是特别青睐有准备的人，李志强此时已成长为超塑成形/扩散连接专业的技术带头人，长期积累的大量科研成果，亟需工程化应用来验证。从二代机到三代机再到最新型的四代机，李志强和他的团队实现了SPF/DB结构的一次次发展提升。口盖、框梁、壁板……飞机结构件尺寸愈来愈大，结构愈来愈复杂，在一次又一次挑战工艺极限的道路上，李志强和他的团队技术实力不断增强，从基础研究—工程验证—定型批产每一步走得都扎扎实实。

尽管已在飞机结构件上得到诸多应用，李志强却没有止步于此，而是不断探寻新的应用机会，寻求更广阔的发展空间。在一次和某设计单位的技术交流中，李志强敏锐察觉到SPF/DB技术可以应用于导弹方向舵及翼面结构研制。这在当时是个大胆的想法，国际上尚无先例，多年以后的应用实践证明他当时的选择是正确的。

导弹具有高超声速、高机动性等特点，对舵翼面承载能力及轻量化有着极高的要求。而整体性好、承载能力强、结构轻，正是SPF/DB技术的优势所在。经过仔细推敲、反复验算，李志强创造性地提出了实体-空心混杂结构方案：由中间密布的十字筋格整体空心结构承担巨大的气动压力载荷，并传递至与弹体相连接的实体安装座上，从而实现空心结构的集中承载。

在确定技术方案具有可行性之后，李志强立即找设计单位沟通，双方进行了详细深入的技术对接和方案论证。最终，他用新颖、可靠的技术方案，说服了对方。国内外没有使用先例，结构应该怎么设计？面临制造新问题该如何解决？新型结构要怎样测试评估？标准是什么？一面是型号交付的巨大压力，一面是全新的结构、全新的方案，李志强及其团队小心翼翼、如履薄冰。时任研究室主任的他，既看重技术推广带来的经济收益，更看重此新结构应用给技术发展带来的新机会。

某型导弹的速度为4-5倍音速，相当于国际上最先进的第四代战机F22最大飞行速度的2.5倍。在如此快的速度下还要能够灵活追踪目标，负责控制导弹飞行姿态和路线的舵翼面承受的力量究竟有多大？

最终，交付用户的产品揭晓了谜底：投影面积不过半张A4纸大小、重量不到500克的方向舵，需要承受600多公斤的压力，最大变形不超过10毫米。其团队曾发表一篇科普文章——《从无到有，艰难超越》，讲述的就是李志强带领团队在舵翼面应用SPF/DB技术的科研故事，引起了多家主流媒体关注转载。

导弹舵翼面新产品的研制成功，标志着SPF/DB技术的应用对象实现了从简单到复杂、从静态到动态、从次承力件到主承力件的拓展提升，技术优势得到了充分发挥，同时也建立起了一整套SPF/DB复杂空心结构设计-制造-试验技术规范。

技术推广应用，需要深厚的技术积累、对技术本质的深刻理解以及高度敏锐，李志强正是这样一位科研工作者。他在压力、风险面前敢于挑战，让SPF/DB技术脱颖而出，不断拓展新的应用领域，一次又一次释放出先进技术的能量，时时闪现科研工作者的智慧光芒。

不畏征途，铸中国“心”

有些路，注定不能一马平川，须跋山涉水、披荆斩棘……航空发动机空心风扇叶片研制之路就是这样的。

早在1993年，利用SPF/DB技术研制航空发动机空心风扇叶片的构思已在李志强脑海中不时闪现。

碍于当时各方面条件并不成熟，这个构思只能停留在脑海里，难以付诸实践，但这个想法他从未遗忘，一直在等待机遇来临。航空发动机空心风扇叶片这一结构，能够完美地呈现SPF/DB技术优点：结构的整体性、高刚性、优异减振和承力性能。对“技术控”的李志强来说，这样的结构足以吸引他竭尽全力。

尽管当时在国内无法找到项目支持，李志强还是想方设法从设计单位要来了一份以往发动机风扇叶片的外形图，带领团队利用老旧成形设备，从零开始、多次尝试，研制出了手掌大小规格、内部带简单支撑筋的钛合金空心风扇叶片模拟样件。当团队成员满怀工艺试验成功的喜悦，拿着样件去和设计图纸对比时，却发现叶片的型面刚好与图纸相反！这似乎是一个“下马威”。此次失误的损失固然可承受，但却时刻警示团队成员：丝毫马虎就足以毁掉成功。

2005年，在国家相关研究计划的支持下，钛合金宽弦空心风扇叶片项目终于得以启动，李志强带领团队全力投入到叶片试验件的研制中。

历时6年，经过成百上千次的工艺试验和数据迭代，李志强和团队满怀信心带着几十件空心叶片试验件到沈阳进行振动疲劳性能测试。然而，试验结果却让所有人傻了眼：绝大多数叶片在试验台上坚持不到1小时就发生了断裂，只有个别叶片的性能达到技术指标。

航空发动机追求的是绝对安全，在其20-30年的全寿命周期，要求风扇叶片10亿次循环的性能稳定。为满足如此严苛使用环境下整个风扇在全寿命周期的结构可靠性，全部考核叶片稳定通过振动疲劳测试是基本要求，不允许哪怕一片叶片出现过早断裂。

那个性能指标最好的叶片，成了黑暗中的一束光，给予了团队莫大信心，让团队很快走出了试验失败的阴霾，燃起了再战的斗志。大家都明白，试验的失败并不是因为运气差，背后一定存在着科学问题没有真正解决。

找不准问题的方向，就无从下手制定解决问题的方案。2011-2013年，是李志强最劳心的两年。已担任总工程师的李志强，白天行政工作繁忙，下班后还会准时参加项目团队会议，带领技术人员分析并验证工艺和数据，试图从中找出问题的原因，寻求解决的方案。

团队成员盖鹏涛说，“回想起来，那时候最怕现场提问。”“你说喷丸强度是这个参数，如何证明？”李志强的一再追问，每次都会让团队成员出一身冷汗。在科学问题面前，李志强严肃且谨慎，绝不容许丝毫偏差;但是在讨论问题时，他却鼓励大家，“空心风扇叶片制造是一个全新未知领域，讨论技术问题，不要有心理负担，要敢于思考和质疑，不迷信任何人甚至学术权威。”

空心风扇叶片外形弯扭掠、空间变壁厚、内部密集桁架的结构特点，以及多次高温热变形工艺过程，使得其外形、内部结构精度以及材料性能控制难度极大，而恰恰振动疲劳试验又对以上制造偏差极其敏感，实现疲劳寿命稳定控制的难度可想而知。通过翻阅大量相关文献资料、梳理思路、分析原因、系统归集问题，团队最终确定了以控制叶片宏、微观应力集中为主线，重点解决整体结构精确成形、进排气边自适应加工、材料性能主动控制、内外应力协同调控四大瓶颈技术的详细攻关方案。

就結构精度来说，空心叶片沿弦向、展向均为变壁厚结构，既要保证气动外形精度，又要保证空心桁架内型精度，如何实现精确成形，工艺上如何控制？这又是一个新课题。另外，从内外应力调控的角度，实心叶片的喷丸工艺参数对空心叶片显然不再适用。叶片厚薄不一、有无桁架连接之处，为达到最佳疲劳性能，喷射强度的参数又该如何控制？一个个具体问题逐步浮出水面。

又经过四年攻关，1500多件试验件，17000多个小时试验，前后10余轮的结构和工艺改进，从材料、工艺、装备、加工制造到试验测试全过程，保证叶片疲劳性能最优的结构和工艺参数，终于一个个被解决了。

李志强带领团队乘胜追击，攻破了叶片振动疲劳这个最大的技术难题，并顺利通过了叶片鸟击试验，为风扇叶片在大客发动机验证机上装机应用扫清了障碍。

“商用发动机上验证成功只是前进中的一小步，钛合金宽弦空心风扇叶片研究和应用仍有很长的路要走。”李志强介绍到，“我们所处的位置，我们的角色，就是要不断创新，不断发展现有技术并研发新技术。作为军工科研院所的一员，要把任务压力作为创新的源泉和动力，坦然接受挑战，去研究更先进的技术，促使其螺旋式上升、前进。”这是李志强的心声，也是时至今日，他对年轻科研工作者的期望。

团队成员韩晓宁谈到，“多年来，李院长的职位虽发生了变化，但对技术研究的执着与热爱从未改变。”

技术攻关，靠的不仅是力气和运气，更多是智慧与汗水的完美组合，以及艰苦磨砺中的咬牙坚持。而能够支撑一个人长达数十年初心不改，最根本的就是心中的信仰与梦想。于李志强来说，这份信仰与梦想，就是航空报国。正因如此，他才能够在别人放弃的时候坚持，能够在遇到问题时攻克难关，能够始终确保自己的研究兴趣与祖国航空事业同向，承载科技工作者的应有使命。

匠心梦、航空梦

正如李志强所讲，科学和艺术是相通的，科研人员总是期待科学蕴含艺术之美，这或许是他执着于钛合金宽弦空心风扇叶片研制的另一原因所在。作为一名航空科技工作者，他最大的心愿就是不断用新的制造技术托举国之重器比肩世界、超越世界，这也是万千航空科技工作者共同的航空梦。

责编/高妍

李志强，973项目技术首席，国际先进材料超塑性学术委员会委员，中国机械工程学会塑性工程分会超塑性专业委员会主任委员，中国航空学会制造工程分会主任委员，英国帝国理工大学兼职教授，International Journal of Lightweight Materials and Manufacture 等期刊主编，是我国金属超塑性成形领域的学科带头人之一，长期从事金属超塑性、超塑成形/扩散连接（SPF/DB）、旋压等塑性加工技术和专用装备研究，为我国多型重大武器装备关键结构件研制生产和关键工艺装备自主保障作出了突出贡献。