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钱林方:火炮战士

作者:□ 蔡巧玉 吕腾波  来源:科学中国人  发布时间:2018-11-05

导读:  他是战场中的一名战士,在这个战场虽不用抛头颅,洒热血,但严阵以待,坚守阵地,是每一位战士的必备素质。多年来,钱林方把战士的必备素质记于心,践于行,在火炮研究战场中,他把自己锻炼成了一名“排头兵”。

  □  蔡巧玉  吕腾波
 

 

 
  对许多国家来说,提起火炮,首先想到的是中国数字化火力先锋:PLZ-45型火炮。作为一种具有高度机动性和远程精确射击能力的压制性火炮武器,在战争中,PLZ-45型火炮是稳定军心的“定海神针”,它能在关键时候力挽狂澜,扭转战争局面。
  火炮曾被斯大林形容为“战争之神”。自其发明以来,火炮就很快取代了投石机、弩炮,既成为主要的远程支援型武器,也成为影响战争胜败的最关键的武器。中国作为最古老火炮的制造国,历来重视火炮的发展。同时,在多年的发展中,中国的火炮在世界武器阵营中,始终占据着一席之地。
  钱林方,作为火炮武器系统总体设计专家,40年来,他以南京理工大学为“阵地”,开展了火炮武器系统研究。40年的“阵地”坚守,他为中国火炮武器系统浓墨重彩地书写了数笔。他说,火炮武器研究是一个没有硝烟的战场,他是战场中的一名战士,在这个战场虽不用抛头颅,洒热血,但严阵以待,坚守阵地,是每一位战士的必备素质。多年来,钱林方把战士的必备素质记于心,践于行,在火炮研究战场中,他把自己锻炼成了一名“排头兵”。
  

铸国之利器


  明朝永乐年间,我国创建了世界上第一支炮兵部队——神机营。神机营的创建不但开启了世界上火器部队的先河,也使火炮成为战争中的骨干武器。
  自火炮用于战争以来,它以其极大的杀伤力迅速成为各战争方必备的武器。在第一次世界大战中,主要交战国投入的火炮总数达到7万门左右;在第二次世界大战中,苏美英德4个主要交战国共生产了近200万门火炮和24亿发炮弹;在著名的柏林战役中,苏军更是集中了各类火炮4万余门,在一些重要战役突破地段,每千米进攻正面上达到了300门的密度,充分发挥了炮火突击的威力。同样在20世纪70年代的第四次中东战争中,作战双方共有3000辆坦克被毁,其中,50%是被火炮命中的。
  走过刀光剑影的“冷”武器时代之后,火炮带领着我们走入了硝烟弥漫的“热”武器时代。那么,当时代走入高科技支撑的现代化战争的今天,火炮是否如以前一样,依然作为作战主线或是作为对突击兵力的火力支援保障,继续创造战争奇迹呢?
  “火炮是战争中的主要突击和压制手段,可对地面、水上和空中目标进行射击,为军队提供远程火力支援。即使在当今以远程作战和打击为主的现代化战争中,火炮仍然扮演着重要的角色。”钱林方说道。
  1991年,以高技术现代化为主要特征的海湾战争爆发。在这场战争中,战争双方大量使用了各种飞机、电子装备和精确制导武器等新武器,这使战场上的火力组成和任务分工发生了深刻的变化。虽然,战争初期新武器的使用使战果显著,但在战争后期的直接对抗中,强大的火炮成为战斗行动的保障,并成为最终占领阵地、夺取战斗全胜的骨干力量。
  无论是“热”武器时代,还是以高技术主导战争的今天甚至未来,火炮在战争中的地位仍然没有发生改变。如果没有射程远、威力大的火炮支援,赢得战争的主动权就无从谈起。因此,在新时代的今天,世界各个军事强国都争相投入大量经费来用于研发高性能的火炮。
  40年前,钱林方走进火炮、自动武器与弹药工程领域,对火炮武器系统进行研发。在他看来,现在已进入现代化战争时代,要使火炮在战争中继续发挥扭转乾坤的作用,不断提高其纵深打击能力,发展其体系对抗能力,增强机动作战能力、协同作战能力和自主作战能力以及提高其战场生存能力,是火炮在新时代焕发生命力的重要途径。
  意识到火炮在现代化战争中继续发挥威力的途径和方法后,钱林方立即埋头在火炮研究中。在40年的岁月中,钱林方成功研制出了多型车载压制火炮武器系统。
  车载火炮武器系统是一类采用火药能源的超强功率高机动武器系统。作为我军火力打击武器的主战装备,车载火炮武器系统装备数量大,研制难度大,并且,其工作时内部瞬态温度可达3000℃,压力在300MPa以上,瞬态冲击载荷可达15~50吨,是一个涉及多学科领域的大型复杂系统。
  而对钱林方来说,科研就是对一个个困难的攻克。无惧困难是每一位科研者的标配。在这样的认识下,钱林方向车载火炮武器系统研发进军了。作为总设计师,他成功开展和完成了3型国内重点车载火炮武器系统和3型外贸火炮武器系统型号的研制工作。尤其是在某大口径车载火炮研制过程中,他从优化系统整体性能、减轻系统重量、提高系统机动性和可靠性的角度出发,创新性地提出了车炮一体化综合优化设计思想,实现了全炮优化匹配设计与结构布置、能源动力、电气信息一体化优化设计。为突破驾驶室防护高温高压冲击波技术瓶颈,钱林方提出了等刚度框架加蒙皮结构的设计理念,解决了传统车载炮车炮简单结合设计带来的火线过高、射击稳定性差、人员不能地面操作等技术难题,使该炮成为世界上首门具备前向零度直射功能的大口径车载压制火炮。
  钱林方说,该系统的定型试验表明,其多项关键性能指标均达到或优于国际先进水平,使火炮纵向最大射程地面密集度提高了50%。2015年3月,该系统在总装备部原部长张又侠专程考察中得到高度评价,被誉为是一门世界明星火炮;2016年4月,其又作为陆军主要装备参加了“十二五”国防装备成果展,并接受了党和国家主要领导人的参观。
  高科技在战争中应用得越来越广泛,钱林方告诉记者,在未来高技术战争条件下,为夺取火力优势,扩大火力作用范围,有效地打击纵深目标,增大野战火炮的射程有着十分重要的意义。“海湾战争中美军的隐形飞机、巡航导弹等高技术武器虽然发挥了重要的作用,但是火炮的射程不如伊拉克的火炮。战后美军吸取战争中的教训,加强了研制远射程野战火炮,其他许多国家也在不断发展各种远射程火炮。”钱林方说。
  要使远程火炮发挥作用,提高其设计精度成为重中之重。为助力远程火炮的发展,钱林方提出了中远程压制火炮提高射击精度理论,这有效地指导了压制火炮工程的研制,并大幅提高了压制火炮射击精度。同时,针对长期制约中远程压制火炮射击精度达标的重大问题,钱林方还提出了提高射击精度的基本原理与提高射击精度理论的验证、优化和综合评估方法,从而指导了新一代火炮、多型火炮武器系统的自主创新研制,将发射常规无控弹药纵向最大射程地面密集度指标水平提高了50%,使其在同等火力打击效能下节省了1/3的弹药,还使火炮打击效能达到世界同类火炮的先进水平。
  

勇攀高峰


  在时代浪潮的冲击下,要想勇立潮头,与时俱进是唯一的选择。对火炮系统来说,走向现代化是火炮勇立潮头的必经之途。而要使其朝着这个方向发展,除实现高精度的远射程是第一步之外,实现火炮模块发射装药,研发“高效毁伤、精确打击、快速反应、火力压制”的关键技术,也是其中重要一步。
  王泽山院士耗时20年,利用自己另辟蹊径创立的装药新技术和弹道理论,研发出了具有普遍适用性的全等式模块装药技术,通过有效提高火药能量的利用效率提升了火炮的射程,为火炮现代化开辟了新通道。王泽山院士模块发射装药的成功,带给钱林方的思考是:如何使模块装药实现机械自动化,更好地进行实际应用?
  “王院士的模块装药是从整个装药性能的角度去做的,我们是从自动化机构的角度去考虑,两者之间侧重点不一样。王院士给了我们实现火炮自动化的一粒种子,我们是把这粒种子播种到地里面,让它开花结果。”
  带着这一思考,钱林方以10年的探索,成功研制了具有自主知识产权的底仓式弹药全自动装填样机,使得某新一代大口径火炮射速提高了70%,达到国际先进水平;同时,其自动化程度也得到大幅度提高,成为新一代大中口径火炮、未来无人化和智能化火炮的核心关键系统,也为某新一代大口径火炮开展型号研制奠定了坚实的基础。目前,该成果已在多型火炮中得到推广应用。
  所有的成功都是由心血浇灌得来,同样,底仓式弹药全自动装填系统也是钱林方团队以自己心血的浇灌结出的果实。时至今日,他还记得,在研发过程中他们所攻克的难关。他说,该系统需要在有限空间、瞬态强冲击条件下进行高精度、高可靠的输送弹药,要实现这一目的,就需要攻破传送速度、精确控制、可靠性等关键技术瓶颈。为攻克这些难关,作为负责人,钱林方带领团队通过系统物质流、信息流、能量流协同优化设计,通过创新设计多功能输弹、输药机构和大惯量机构动力学分析与精确控制等研究,才解决了上述难题,使得各项关键技术指标达到国际先进水平。
  在底仓式弹药全自动装填系统这一成就之上,钱林方没有停止前进的步伐,而是又迈向了如何提高自行火炮设计智能化水平的这座高峰。
  智能化是火炮武器装备在自动化后的最终走向。现在,我国现代火炮武器装备设计以自动化为目标,重点解决自行火炮多学科优化设计和设计知识管理、人工智能为核心的先进智能设计技术研究等关键技术问题。为探索火炮武器智能化,钱林方建立了可配置知识库,来研究智能设计过程中的知识利用方式,开发智能设计系统,以实现智能设计技术在自行火炮总体方案设计中的应用;同时,他还在参数驱动的建模技术、自行火炮多学科优化设计模型、自行火炮多学科优化设计知识库构建等方面取得了重大突破,提高了自行火炮设计的自动化和智能化水平,及自行火炮的设计质量和效率。这些研究成果达到国内领先、国际先进水平,并在火炮行业得到了迅速推广和应用。
  “我觉得一个人要对社会真正做一点贡献,就应该实实在在做出一点成果来,并把这些成果为国家、社会所用。就像我所在的火炮研究领域,如果自己的研究能应用在国防装备中,得到军队的一致肯定,这样的话,我觉得这辈子的学习、付出都值了,这一生也就无所憾了。”钱林方如是说。坚志勇为,何为而不成?为火炮武器装备现代化建设,钱林方踏着时代洪流而上,继续攀登。
  

“军团”作战


  科技创新大潮澎湃,千帆竞发勇进者胜。古往今来,人才都是富国之本、兴邦大计。同样,要把科研工作做好,也离不开人才的支撑,要聚天下英才而用之。今天,钱林方在火炮武器装备研究中取得众多成就的背后,是一整个大军团在作战:现代火炮与发射技术国防科技创新团队(以下简称“创新团队”)。
  创新团队依托“兵器科学与技术”国家一级重点学科,特种作业装备教育部工程研究中心等省部级研究平台而建。在发展中,创新团队的研究方向覆盖了前沿基础研究、基础应用技术攻关、系统集成技术验证、型号研制等领域。钱林方说,现在创新团队有教授5人,副教授3人,讲师7人以及博士研究生22名,硕士研究生36名。“我们团队现在人员结构合理、富有朝气、敢于创新,通过与军方、研究所、工厂紧密协作,组建了行业的‘国家队’,实现了强强联合,并成为我国火炮研究领域特色鲜明、优势明显、实力雄厚的一支队伍。”
  创新团队不止有强大的人才队伍,同时,还拥有雄厚的实验设备。创新团队实验室拥有高性能计算平台、座圈动态特性模拟、弹带-身管高速摩擦、弹丸—身管接触碰撞、身管材料微观特性、弹带材料动态特性、高效减阻机理、发射载荷模拟等实验装置和平台;拥有激光位移测试系统、力传感器及校准传感器、电荷放大系统、高速数字图像采集系统、数据采集与分析系统等测控仪器,具备国内领先的火炮设计和发射机理研究条件。
  以合理的人才结构与全面实验装备为基础,在钱林方的带领下,创新团队在火炮武器装备研究中,为推进火炮武器现代化进程贡献了自己的智慧,也为火炮武器研究队伍建设贡献了力量。近5年来,创新团队培养了本科毕业生293名,硕士生42名,博士生24名,向国防领域输送本科、硕士、博士人数占比51.9%。
  科技创新,惟有在人。在钱林方看来,发扬团队精神,以“军团”形式进军科技工作主战场,是他们几代人坚守的传统,也是他们长期以来在科学研究的道路上克敌制胜的法宝。作为团队领队人,在团队管理方面,钱林方有着自己独特的诀窍。他认为,一个团队要又快又好地往前走,必须打造优秀的团队文化。
  “文化是团队的灵魂,一个团队只有有了自己的文化,才具有真正的核心竞争力。一个团队,也只有在优秀团队文化的指引下,才有前行的力量,每个人也才能在团队中找到自己的位置和价值;也惟有如此,团队成员才能齐心协力,共同达成团队目标,否则,团队就是一盘散沙。”在对团队文化建设的重视下,如今,创新团队已经打造出有难共担,有喜共享的团队文化。在这种文化的熏陶与传承下,钱林方说,团队成员的精神面貌都很积极向上,在科研道路上,也越走越顺,越走越有成就感。在未来发展中,创新团队也将继续以“引领我国火炮技术发展方向,服务行业技术进步,为国防安全提供强有力的技术保障,培养我国火炮技术行业的高端人才”为目标,让中国火炮武器装备更上一层楼。
  作为恢复高考后,全国统一招考的第一届大学生,嗜书如命、学以报国是那个时代在钱林方身上留下的印记。40多年过去了,嗜书如命的印记仍没有消退,今天钱林方依然在不断学习,不断更新自己的知识结构;同样,学以报国的印记也没有褪色,从踏入火炮武器装备领域开始,让中国火炮成为世界第一就成为了他奋斗的目标,为更快实现这一目标,钱林方与他的团队还在火炮研究的第一线上埋头躬耕,不懈探索。
  
  
  
专家简介:
  
  钱林方,南京理工大学教授,副校长。长期从事中大口径火炮武器系统总体设计与优化、射击精度等方面的基础理论和应用基础研究。作为总设计师,开展和完成了3型国内重点火炮武器系统和3型外贸火炮武器系统型号的研制工作;作为负责人主持开展和完成了40多项国家安全重大基础研究项目、国家重大科技专项、原总装备部演示论证、背景项目、重点预研、国防科技重点基础科研、086专项、军贸科研等国防科技项目的研究;出版专著1本,在国内外核心期刊和会议上发表论文200余篇,申请和获得发明专利52项;曾获得江苏省科技进步奖一等奖和二等奖各1次,国防科学技术奖二等奖1次,国防科学技术奖三等奖2次;培养指导了博士、硕士生60多名,为行业培养了一批优秀的专业人才;先后入选国防科工委“511”培养人才,江苏省“333工程”第二层次人才,入选“青蓝工程”培养对象;获得江苏省有突出贡献的中青年专家,江苏省优秀科技工作者,南京市文明标兵,优秀回国科技工作者等称号。

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