- 众志扬帆:舰船研发设计团队巡礼
- 张毅
- 5442字
- 2021-03-26 19:10:11
奋起再扬帆
——记我国第一艘万吨货轮“东风”号研发设计团队
2006年,国防科工委、交通部、中国船舶工业协会等14个单位,共同组织了“中国十大名船”评选活动,评选新中国成立以来,自行设计、建造的,对我国社会、政治、经济、军事、科技、文化、航海及舰船工业发展等方面产生过重大影响和作用的船舶。在评选出的“中国十大名船”中,“东风”号万吨货轮摘得桂冠,排名“十大名船”之首。
万吨货轮“东风”号
启梦
新中国成立后,对外贸易不断增长,远洋运输船队远远不能满足发展的需要,据1956年统计,国内远洋运输船队的运输能力仅能承担海外贸易量的4%,其余均靠租用外船。“一五”期间租船费用高达5亿元人民币,相当于建造40~50艘万吨级远洋货轮的投资,因此建立中国的远洋船队成为当时迫切的政治和经济任务。
20世纪50年代,一个国家能否设计建造万吨巨轮,是衡量其舰船科技和工业水平的重要标志。中国作为文明古国,最早发明了舵,为世界造船技术作出重要贡献;是世界著名航海家郑和的故乡;重振雄风,自行设计建造万吨轮也是新中国造船人的梦想。
1958年中国自行设计建造万吨远洋货船,被列为《国家科学技术发展十年规划》的重点项目。第一机械工业部把设计任务交给了七〇八研究所的前身——第九局第二产品设计室。设计团队凭着复兴我国造船工业,一定要把梦想变为现实的骨气、志气和勇气踏上了自行设计建造万吨级远洋货轮的征程。
逐梦
中国船舶科学和教育家辛一心先生曾提出自建万吨轮的方案,并为自行设计建造万吨轮做了充分的舆论和技术准备。他组织造船学会和造船界人士,撰写了四十多篇学术论文,设计人员发挥聪明才智,提出六种船型进行分析比较,为我国第一艘万吨轮的设计建造奠定了基础。
“东风”号万吨轮的总设计师许学彦、副总设计师彭惠平和之前参加预研的主要人员张景诚等,对远洋货轮的总体性能、动力装置等做了大量的研究,上海造船学会也为自行设计中国的万吨级远洋货轮收集资料,这些资料对研究设计我国第一艘万吨级货轮极具参考价值。为使自行设计的第一艘万吨轮赶上世界水平,研发设计团队认真向世界船舶设计建造的先进国家学习,分析了英、美、苏、日、法、荷兰、联邦德国等7个国家的15种代表船型,确定了海军常数、钢材消耗率、载重量系数和燃油消耗率等赶超世界水平的4个主要指标。张景诚和彭惠平带领研发设计团队进行了草图设计和动力装置论证,并提出修改技术任务书的意见。在“东风”号万吨轮整个设计过程中,总设计师先后由许学彦、彭惠平、许富良、戴经武担任,这些总师在设计的各阶段都发挥了重要作用。
1958年7月,交通部远洋运输局正式批准了修改后的万吨级远洋货轮设计任务书,7月24日,远洋运输局与第二产品设计室签订了委托设计合同,许学彦和彭惠平带领设计团队,解放思想,敢想敢干,把初步设计和技术设计两个阶段合并进行,设计周期一再缩短。“东风”号设计之初面临众多困难,国内没有设计过万吨轮的专家参与指导,参加设计工作的大都是刚从学校毕业不久的年轻人。参加该项目的专业技术人员约有60多人,除二位总师外,专业联系人有总体专业刘国珍、船体专业赵建华、舾装专业陈勤芳、轮机专业朱择善、冷藏专业沈祖钿、电气专业王权等。
设计之初没有完整可供参考的图纸,只有外国杂志上的一些零星资料。首先遇到是航速问题,为确保航速达到17节,设计人员决定优化线型以减小船的阻力,并委托船舶科学研究所对万吨轮线型进行优化研究,用多条船模作了水池拖曳阻力试验。设计人员分析了9个国家15种代表船型,进行了6项船模试验,终于在短期内设计出了满足“东风”号任务书航速与载重量要求的主尺度和比较瘦削光滑的流线型。船模试验的结果证实,其阻力均小于国外同类船型,证明所设计的船型获得成功。
其次,优化螺旋桨设计提高推进效率。该轮螺旋桨采用了环流理论设计法,在主机马力不变的情况下,提高了推进效率、增加了推力,达到设计要求。
此外,设计团队还进行了优化机、桨、舵的配合;优化轴系设计;为降低船体重量,采用了高强度低碳合金钢;按最小干舷船设计;调整了货舱等一系列优化。
许学彦是一位尊重科学、勇于创新的人,他提出全船使用高强度低碳合金钢,大大地降低了船的自重,由于船体重量减轻,使船舶性能如装载指标、快速性指标、钢料消耗指标等都得到了很大提升。
设计团队尊重科学、不盲目迷信专家。在修改设计时,船体设计航速可能达不到预定任务书上要求的17节。稳性、结构强度等也存在一些问题,当时外国专家认为对于航速问题,船模试验得到的阻力数据与实船阻力系数要增加万分之六到七,按他们这一说法来计算阻力,航速就达不到技术任务书规定的要求,加上当时主机的设计单位和制造厂为了稳妥可靠起见,将主机额定功率从原定的8820马力降低到8300马力,这对于航速的达标是雪上加霜。面对这种局面,在设计工作受到非议的时刻,戴经武与设计团队在重压之下没有气馁,不受非技术因素的干扰,一方面从苏联造船杂志上查阅登载的苏联第一艘万吨轮“列宁共青团”号的试航结果,另一方面又收集了大连造船厂引进苏联图纸建造的“跃进”号万吨轮的试航结果,经过对这两艘船的试航结果分析后,认为实船粗糙度附加应是小于万分之四的,而外国专家意见是来自于较小的船舶的经验,不适用于万吨级的船舶。于是设计团队重新设计了螺旋桨,使得即使主机功率降至8300马力,设计航速仍旧可以达到17节,后来在实船试航时,航速达到17.3节,证实了这一判断的正确性。
戴经武与设计团队在经过对空船重量重心和装载情况仔细复核后,认为稳性裕度足够,增加木甲板能够保证稳性和航行安全,果断决定采用增加木甲板方案,避免钢甲板返工。建成后经航行实践,证明这一决定也是正确的。
对于结构强度问题,经逐项分析认为都是一些局部强度问题,只做一些局部加强就解决了。
为使“东风”号达到国际先进水平,设计团队创新思路,大胆采用新技术、新设备,为了降低舵的阻力,研制了四种形式的舵,通过实验选用了流线型平衡反应舵;采用滚动式和铰链式舱口盖,提高装卸效率,主机采用国产重型低速柴油机,并用主机废气强制循环水锅炉,充分利用废热产生蒸汽驱动蒸汽透平发电;用水采用制淡装置;舱底水采用油水分离措施;轴系采用滚珠轴承和液压联轴节,以减少马力传递损失,使主机功率提高2%~3%。所有这些新项目,均为当时国内先进水平。
船体三大问题的顺利解决,加上各专业主任设计师的通力合作,保证了修改设计的顺利完成。
科技人员在江南造船厂同工人同志一起自力更生、艰苦奋斗,在施工设计建造中集思广益,大胆创新,提高工作效率。1959年初,万吨船正式投料开工。第一道工序放样就遇到放样楼场地不够长,无法进行线型放样的难题。放样工人们经过研究,采用按比例缩小3/4的方法,解决了场地问题,并采用了线型活络多用样板,替代单用样板,既提高工效,又节省材料,结果仅用12天时间就完成了原计划15天的放样下料任务。
在进入船体装配之前,技术人员参阅了数百份图纸资料,并研究学习苏联的造船经验,采用三岛建造法代替过去的双岛建造法,使万吨船底板一上船台,即可分三路同时施工,从而大大加快了装配速度。
万吨船有3根“人”字桅杆,每根高20余米,重20余吨。当时江南造船厂最大的吊运设备是40吨高架吊车,高架吊车高度只有30米,实际只能吊28米,而桅杆和船台以及船体甲板加起来的高度超过30米,因此吊装人字桅杆成了重大技术难题。方法总比困难多,经过工人、干部和技术人员三结合找到了解决问题的方法,运用平衡木的原理,把桅杆吊到甲板上,多面手在底脚处烧“马”稳住,再用卷扬机慢慢地拉直竖起来,一次吊装成功。
总设计师许学彦在设计阶段,每天工作十五六个小时,下厂设计时又正遇大热天,他和下厂设计团队一起就住在船台旁搭建的简易工棚中。白天太阳直晒,工棚中就像一个烤箱,那时候没有计算机,只能人工手算,肘上的汗像小溪一样往下淌,怕弄湿了图纸,就用毛巾垫着,经常一天要换好几条毛巾,当年设计团队就是在这样艰苦的环境和条件下画出了万吨轮的施工图纸。
整个设计团队干劲十足,经常“自愿加班”,每次都是在领导“催赶”之下才放下手中工作,第二天早上8点照样准时上班,那个时候大家基本上都是每天只睡6小时左右;不少女同志将孩子从所里办的托儿所直接接到办公室,把孩子放在图板上睡觉,她们继续工作;还有的女同志生完孩子不久,仍参加奋战;那时每天晚上办公楼灯火通明,大家团结一致,目标就是要把万吨轮设计出来。时任党总支书记的武彦荣对这项工作十分关心,把思想政治工作移到科研设计工作的现场。设计团队每天加班加点干,星期天不休息,每晚要工作到深夜11点,武彦荣每晚9点左右亲自或派人给设计人员送来点心,为他们鼓励加油,到11点时又亲自到各设计科室“赶”大家回家休息。
“东风”号的建造过程闪现的社会大协作精神,使人更为振奋,就以“东风”号本身而论,她选用的是沪江厂的主机、上海汽轮机锅炉研究所和上海汽轮机厂的汽轮机;上海锅炉厂的锅炉;上海水泵厂的水泵;船用高强度低碳合金钢钢材是冶金部钢铁研究所与鞍山钢铁公司共同研究的成果;船用罗经是上海航海仪器厂试制的中国第一套电罗经;其他船用辅机、仪表、仪器等配套设备的协作单位涉及全国18个部、16个省市所属的291个工厂和院校,这些协作单位为“东风”号提供了2600多项器材和设备,其中包括40余项新试制的船用产品。
参加“东风”号设计的沈金芳回忆说,当年“东风”号出海进行鉴定试验的前晚,应力测量的试验人员发现仪器上的一个电子元件坏了,为了不影响第二天一早的离港试航,他们受命上岸去采购元件。冬夜的9点寒风肆虐,他们好不容易找到一家无线电器材店,却已经停止营业了,当沈金方表明所采购的元件系用于国家第一艘万吨级船“东风”号时,值班店员打开店门,整整忙碌了近一个小时,终于找到了所需元件,保证了第二天试验工作的进行。
部分“东风”号设计者
一位技术人员,因“东风”号设计需要,急需从大连回上海时却买不到船票,他紧急之中找到码头船务,要求跟船走,哪怕坐在走道上也不要紧。当船务人员听说是为了“东风”号设计需要,船长让他乘坐该船,并住在大副室,顺利返回上海。
那个年代,无论跑到哪里要求协作,只要一说是建造万吨轮的需要,对方都二话不说,点头应允,这种协作风格对建造蒸汽轮尤为珍贵。
设计团队连续战斗了3个月,完成了初步设计与技术设计。经技术审查会议后施工设计在江南造船厂进行,于11月20日开始至翌年3月初结束,周期为3个半月。江南造船厂的建造是在边设计、边生产的条件下进行的,全船采用三个总段,在车间同时推开,焊接分段、总段,最后三个总段同时上船台大合拢,大大缩短了船台周期,创造了万吨轮船台周期49天的记录。
“东风”号是全国大协作的产物,完成这样大的工程不仅靠的是党的领导,还是全国不同行业、不同企业、厂所、院校、中央有关部门通力协作的结果。
圆梦
大船下水需要大潮。“东风”号原定1959年4月26日黄浦江大潮时下水,船台周期60天,比1958年5000吨“和平28”号的70天船台周期又缩短了10天。当时,造船工人们劳动热情高涨,得知4月15日也有大潮,决定把下水日子再提前11天,船台周期为49天。经过各方面的努力,下水前的工作于4月13日提前准备完毕。
1959年4月15日是造船人盛大的节日,当天下午,江南造船厂为国内自行设计和建造的第一艘万吨远洋货船举行下水盛典。上海市委、市政府、第一机械工业部和上海市海运局的领导以及各兄弟单位的嘉宾等参加了下水典礼。上海市海运局领导代表交通部宣布:新船命名为“东风”号。1965年12月,“东风”号在青岛进行重载试航,国家鉴定委员会认为“东风”号的设计建造是成功的,主要性能及质量优良,交付使用。
下水前的万吨级远洋货轮“东风”号
1965年12月15日,“东风”号离开长江口北上,16日到达青岛,符合重载试航要求后,于20日出海进行各种试验,28日完满结束试验,返回上海卸货。试航中曾两次遇到九级强风,均顺利完成全部鉴定试验大纲所规定试验项目,并得到满意的结果。
“东风”号货轮在国内沿海试营运二年,正式通过中国国家技术鉴定组验收并同意该船可航行远洋。“东风”号从上海出发,经太平洋、印度洋、大西洋,沿途不加燃料可直达英国伦敦,燃料消耗量、装载量等都达到当时的世界先进水平。
“东风”号万吨远洋货轮,得到国家领导人的高度评价和海内外各界人士的称赞。1966年5月6日,国务院总理周恩来陪同外宾登上“东风”号参观,对“东风”号予以热情赞扬。美国黑人领袖罗伯特·威廉参观后激动地说:“这艘中国自己造的船,不仅是一个巨大的物质成就,而且还可以看到中国人民的创造精神和能力。”一位非洲国际友人赞叹道:“在用毛泽东思想武装的中国工人面前,无论多大的困难都是可以克服的”。“东风”号每到一个港口,当地的侨胞纷纷来到船上,踏上祖国这一方热土与祖国亲人相见。他们激动地说:“我们华侨就盼望祖国早日富强啊!”“东风”号的建造成功,开创了中国自行设计建造万吨级钢制船舶的先河,给我国的造船工业带来了蓬勃生机。
全国科学大会奖
1967年经周恩来总理批准后,“东风”号于1968年起航行中—日航线,1970年开辟了中国—加拿大温哥华航线,到1975年,经过10年营运实践证明该船性能良好,为完成国家外贸运输任务和增进各国友好往来作出了贡献。
“东风”号是我国自行设计建造的第一艘万吨级远洋货轮,是一项开拓性的创新工程,她的成功设计建造,结束了我国不能自行设计建造万吨远洋货轮的历史,标志着中国造船工业跨上了一个新台阶,开创了中国造船工业的新纪元。
1978年“东风”号荣获全国科学大会奖。2006年获“中国十大名船”称号的殊荣,并位列榜首。