访中国科学院院士曹春晓
佚名• 2008年02月01日 •院士天地
曹春晓院士
他不断开创新型钛合金和钛－铝系金属间化合物，并先后应用到飞机上，大幅度减轻了发动机结构重量，提高了飞机及发动机的关键性能，为我国空军装备的现代化作出了重要贡献。
他所研制的TC4合金叶片等重要零件的试用成功为我国钛工业发展和在航空工业中应用奠定了基础，起到了开路先锋的作用。
他潜心研究使用温度可达500℃的高温钛合金TC11，创立了高低温交替热变形技术，从而解决了两种新型航空发动机的急需，为两种新型歼击机首飞立下了汗马功劳。
他首先利用特定的相变模式优化钛合金β转变组织形态和综合性能，创立了BRCT热处理技术。
他利用形变－相变联合机制，创立钛合金急冷式β热变形强韧化技术，并成功地把我国独创的550℃高温钛合金应用于新型航空发动机。
他还研究了钛合金的强化机制、阻燃理论、疲劳裂纹扩展特征等基础问题，并相应地取得创造性成果。
……
2008年1月15日，我们带着崇敬的心情，走访了这位为中国航空事业做出巨大贡献的“幕后科学家”——曹春晓院士。
“一代飞机，一代材料”
100多年以来，飞机与机体材料结构一直是在相互的推动之下发展的。这100多年来的发展，飞机机体材料结构经历了五个阶段，而这五个阶段也是整个世界航空发展史的真实写照。
记者：您能针对这五个阶段，给我们举一些例子介绍一下吗？
曹院士：这100多年一共分为五个阶段，可以说是“一代飞机，一代材料”。第一个阶段是从1903年开始，那时美国莱特兄弟发明了飞机，而且第一次上了天，虽然时间很短，飞了只有12秒，36米，但已经是非常了不起的了，所以大家都公认把这个作为世界航空发展史的第一天。从1903年到20世纪10年代，飞机用的材料结构是木头，用木头做飞机的梁和航条等等，用布来做门，整个结构就是木布结构。20世纪20年代到40年代，飞机的材料结构变成了金属结构，因为速度要高一点，木头就承受不住力量。这样，就变成了铝合钢结构，这是第二个阶段。第三个阶段是从20世纪50年代开始到60年代，这一段时间主要是使铝钛钢结构。
记者：为什么要增加钛结构呢？
曹院士：因为那时候飞机的性能要求越来越高，所以要求有比强度更强的一些材料来减轻飞机的结构重量，那么钛合金的比强度既比钢好，又比铝合金好。第四个阶段是从20世纪70年代开始一直到现在，这个阶段出现了复合材料，而且很快被用到航空上来了。
记者：复合材料指的是什么？
曹院士：这里指的是以树脂为基础，把纤维搞到树脂里面来增强它。光是树脂的话，它轻是很轻，但是强度不够，用纤维增强了以后，比强度就非常高，比钛合金还要高。就在这个时候，复合材料开始介入到飞机材料结构里面。但到目前为止，大体上来看，还是以铝合金为主，因此说是以铝合金为主的四种结构材料的一种混合的结构。我们现在已经开始转入到第五个阶段了。
记者：这个最新的阶段具体时间是从什么时候开始算起的？
曹院士：是从21世纪初开始，21世纪正好是一个过渡阶段。虽然从现在开始，结构材料里面还主要是铝、钛、钢，但是已经开始以复合材料为主了。复合材料变成了用量最大的，坐第一把交椅。铝合金把第一把交椅让位给复合材料，这是非常重要的一个转折。我个人认为应该是一个新的阶段、新的格局，这是第五阶段的主要特征。
记者：为什么复合材料和钛合金材料的用量在不断增加？它们有着怎样的优越性？
曹院士：首先是比强度——这是非常明显的一个优越性。正因为是用在飞机上，节省结构重量是第一位的。平时我们说斤斤计较，但是对于搞航空的人来说，不是“斤斤计较”，而是“克克计较”。刚刚推出来的A380，是世界上最大的飞机。虽然是双层的，但它的材料却用到了22%的复合材料，10%的钛合金。军用飞机的钛合金通常能用到40%左右，而民用飞机考虑到经济性的问题，一般都在10%以下。A380能用到10%钛合金，确实创下了一个新记录。复合材料用到22%，这在民用飞机上也是一个全新的记录。
但没多久，这个记录就被波音787打破了，它的复合材料用到了50%，钛合金用到了15%，这两个都是最新的世界纪录、是从量到质的改变。波音787明年就要上天，目前它还没有正式批量生产，但已经预订出去600-700架了，我国南方航空就订了50架，它已经开始挣钱了。
记者：这个改变带来什么好处？为什么大家感兴趣呢？
曹院士：就是燃油的消耗大幅度降低了。787采取了各种措施来减少油耗，比如，发动机要选择油耗更低的发动机。另外，气动力学方面的改进，让它气动的阻力各方面都减少了等等，但重要的措施是用了50%的复合材料。整个总措施加上以后，坐同样类型的飞机，这新一代的飞机可以降低油耗20%。而这20%里面，8%的降低油耗是要靠复合材料。
复合材料和钛合金材料的第二个优越性是抗辐射性。飞机是要长期使用的，特别是民用客机，它不是飞一个月、两个月就完事的，它要飞好多年。复合材料和钛合金是抗腐蚀性最好的，很多飞机沿海地区都要用，在海洋里面的气候下，铝合金一般容易被腐蚀，钛合金的抗腐蚀性能最好。钛合金还有一个优越性就是适用度高，而且适用的范围大，它在零下269度、零上600度都可以使用。
“中国必须有自己的大飞机”
大型飞机是中国中长期科技规划中的16个重大科技专项之一。2007年2月26日，国务院总理温家宝主持召开了国务院常务会议，听取了大型飞机重大专项领导小组，关于大型飞机方案论证的工作汇报，原则批准大型飞机研制重大科技专项正式立项，同意组建大型客机股份公司尽快开展工作。
记者：中国为什么要搞大型飞机？
曹院士：我们之所以要下那么大的决心来搞大型飞机，我想主要有三个方面。
首先，大型飞机是建设科技强国和创新型国家的一个标志性工程。日本通产省曾按照产品的单位重量创造的价值做过一个比较，如果船舶单位质量创造的价值是1的话，那么小汽车就是9，电子计算机是300，喷气客机为800，航空发动机是1400。还有一个数据，我国出口了8亿件的衬衫，得到的利润才可换来一架A380飞机，可见，航空材料在高科技领域中所占地位的重要，所以我们应该非常重视知识密集型的高科技的产业。如果我们能自主设计出大型飞机的话，那么就说明我国在高科技产业水平和创新能力上跨上了一个更高的新台阶。
其次，举全国之力发展大型飞机是新时期的战略性抉择。目前我国人均GDP已超过1000美元，正处于经济结构调整、产业技术升级的关键时期。而大型飞机工程恰恰能有效地促进该关键时期的发展，并推动整个经济的可持续发展。大型飞机工程还可以强力地拉动一系列的产业的技术升级，这一系列的产业包括材料、化工、电子、信息、机械、仪表、能源、制造业等等。例如，德国在20世纪60年代发现，原来的汽车和机械加工业很难推动本国经济的发展，决定与法国等合作发展航空工业，联合研制大型民用客机，取得了很好的效果，这也说明，没有民用客机的航空工业是不完整的航空工业。
第三，大型军用运输机是提高国防实力、确保国家安全的不可或缺的武器装备。在现代战争中，需要部队快速反应，协同作战，这就需要大型军用运输机。美国现在共有2000多架军用运输机，其中大型运输机包括126架C-5，174架C-141，180架C-17；俄罗斯一共有369架大型军用运输机。因此，军用运输机在保证国家安全方面，所具有的重要的战略地位和作用，是不言而喻的。
所以，从各方面来说，我们搞大型飞机的工程是非常明智的战略性的选择。
“坐一坐我们自己的大飞机”
曹春晓于1934年出生在浙江上虞，三岁随父母到了上海。上海刚解放时，他进入南洋模范中学就读，1952年考入了上海交通大学。1956年大学毕业后，系主任周志宏很想把这位德才兼备的高材生留下来任教。然而，曹春晓梦寐以求的是走一条科技强国之路，周志宏最终还是被他说服了。
于是他来到北京西郊一个刚刚组建的航空材料研究所，成为初建的钛合金实验室的成员，从此开始了献身航空科研、报效祖国的事业。
记者：作为一位从事了几十年科研工作的科学家，您觉得真正的快乐是什么？您对青年科技工作者又有哪些建议和期望？
曹院士：一个人一生当中，大部分时间都在工作，做自己喜欢做的事，本身就是一件很高兴的事。当工作中的某些目标得以达成，还有所创新的话，那更是高兴的不得了。所以说，我觉得真正的快乐、最大的快乐就是做自己想做的事，并能有一些新的发现，取得一定的成果。
自行设计研制大型飞机是振兴中华民族的一个伟大工程，我希望青年科技工作者要有献身航空、潜心钻研、百折不挠、为国争光的精神，并把这种精神投入到大型飞机的研究中，有什么力量就贡献什么力量。
记者：您小时候的理想是什么？
曹院士：我从小就对科学研究很感兴趣，而且很喜欢看中外科学家们的故事，最佩服的人就是牛顿。初中的时候，我写过一篇作文就谈到长大了要搞科研工作，希望自己也能成为一名了不起的科学家。
记者：那您现在最大的愿望是什么？
曹院士：我现在最大的愿望就是希望自己健康长寿。因为我要看到我们的大飞机、我们的大客都研制出来，都在航线上飞行，我要坐一坐。现在我出差坐飞机的几率特别高，有时一周坐五六次。搞航空的人还要坐别人研制的飞机，心里很不是滋味，坐在上面感觉特别别扭。所以，我希望有一天能坐上我们自己研制的大飞机去遨游天空——那应该是最幸福的事了！
我们国家要有自己设计制造的大型飞机是中国人民、特别是几代航空人的梦想和愿望；在大型飞机上，要用更多的自己自足研制生产的航空材料是材料界、特别是几代航材人的愿望和梦想。现在这个项目要上马了，我们已经看到实现这个梦想和愿望的曙光了。希望所有参加大飞机工程的中华儿女，心怀祖国，情系航空，团结和谐，创新图强，这样，我们中国自己设计制造的大型飞机，一定能够在不远的将来，展翅翱翔在万里晴空的蓝天。
人物小传
曹春晓：著名材料科学家、中国科学院院士、我国航空工业钛合金研究和应用的创始人之一。浙江上虞人。1956年毕业于上海交通大学机械系。不断开创新型钛合金和钛--铝系金属间化合物，并应用于航空工业，显著减轻飞机及其发动机的结构重量；根据再结晶和相变相结合的原理，创立了高低温交替热变形技术，解决了长期以来存在于大型钛合金零件生产中的金相组织不均匀的关键问题；首先利用特定的相变模式优化钛合金的β转变组织形态和性能，创立BRCT热处理技术；利用形变--相变联合机制，创立钛合金急冷式β热变形强韧化技术；研究了钛合金的强化机制、阻燃机理、疲劳裂纹扩展特征及其它基础问题，并相应地取得了创造性成果。曾获航空报国金奖、全国科学大会奖等。