原创 我经历的曾经辉煌的射流技术

我经历的曾经辉煌的射流技术

重庆工业自动化仪表研究所 杨福宇

我是1962年一次到汪时雍工程师（上海所，未内迁）那里讨论关于流量积算器应该如何制定校核方法时听到射流技术的。当时汪工已是受尊敬的前辈，而我还才 刚刚开始学英文，他告诉我值得关心英文杂志上射流技术的介绍，所以可以说完全是汪工的指路，才有我以后的很长一段射流技术的业务工作经历。虽然最后射流技 术在国际上也没有成为技术发展的主流，但它也曾辉煌过，在我国的自动化技术的发展史上也起过很大的作用，给了我很多历练，所以这段岁月会铭记一生。

射流技术是指用流体来控制流体的技术总称，一开始的时候仅指不带任何可动部件的流体控制技术，后来也包括了带可动部件的流体控制技术。美国的钻石军械实验 室在1961年公开了他们发明的射流技术，它基于流体力学中的Coanda现象（附壁现象）。当流体在一个壁面附近流过时，由于流体边界的摩擦作用，要带 走附近的流体，若流体的补充出现不对称，就在二边出现压差，这就会引起流体的偏转。控制二边流体的补充条件，就可以实现放大作用。因为它不要任何可动机械 部件，当然没有磨损，反应速度极快，也不受电的干扰，也不产生电的干扰。1961年时半导体技术还只有达到小规模集成的开始阶段，用流体控制流体技术的实 现，及其这么多的优点，自然引起全世界的极大兴趣与期待。

1965年我所主导的气动单元组合仪表联合设计将进行鉴定，就开始讨论下一步我们应该干什么，我和石明扬就参加了规划小组。规划小组的领导是康庆宇工程师 和张钧惠同志。经过文献资料的调研以及到气动仪表应用现场的参访，确定了我们有必要展开新系列气动仪表和射流技术的研发工作。这样就开始了我的射流技术工 作生涯。当时国际上射流技术已非常热，每年都要开几次国际的技术交流会议，在射流技术元件的原理，新的应用领域，基础分析的内容非常多，特别是有大量的专 利申请。在一机部四局的帮助下，我特意在北京的当时还不公开的部队的情报所里复制了许多美国专利，那都是缩微胶片，投影仪的灯光很暗，稍长时间阅读就会令 人有呕吐的感觉，而且胶片也烫得不行了，必须得停下休息一下。当我走访天津大学时，有一位王绍纯老师也很关注射流技术，给我展示了他在塑料三角板上手工刻 出的射流元件。我与一机部四局情报室讨论后认为有必要让国内更多的人了解国外的动态，所以决定他们和上海所二家联合搞一个专辑，由我挑选文章联系国内的有 关学者翻译出版。

射流技术刚开始工作时真是一片空白，没有加工手段，没有测试手段，我们就到处走，为了加工，我们访问过上海的线切割与光刻工艺的厂家，为了观察气体流动， 专门到南京航空学院了解纹影仪。人员也是没有什么基础，从头学起，但大家都认为这是我们专业可能的下一代技术，我们得了解，得干上去，等待是绝对不行的。

1966年因为内迁，上海所分出了重庆所，射流组的人马也一分为二，我和一批人迁到重庆，与一批新同志成立了新的射流组，那时我们已经有十来个人了。重庆 当时的交通与协作条件很差，在上海一个电话可以解决的问题在重庆跑一天也没头绪。当时我们就一边手工试刻射流元件，以取得感性的认识，一边寻找可能的应用 切入点，来带动研发。那手工刻制简直是艺术创作，我还保留了四十六年前的一个有机玻璃的三级二进制记数器（图1）。多美啊！我已记不清是我还是我们中的那 一位创作了它。当时我们每个人都刻过，将什锦锉磨掉一半，最难的是锉出喷嘴，大约0.5到0.7mm宽，不能宽，不能弯，不能不对称，否则就废了。好在我 们年轻，细心地做每一步。

图1手工刻制的三级二进制记数器(图无法上传)

后来我们有了光敏陶瓷的光刻工艺，绘图、照相、感光、腐蚀、测试、烧结，就可以作出单个的双稳态元件、单稳态元件、放大元件、二进制记数器等。腐蚀用的是 酸中之王-氢氟酸，搞工艺的同志必须十分小心，仍不免受伤，衣服烂出洞人人都有。后来我们又有了线切割工艺，可以做金属的元件了。图2是我们重庆所做的元 件：自左到右是铜板做的计数器、光敏陶瓷做的计数器和OR门。我所做的连底板盖板的全烧结的元件已经找不到了。当时我们为了做得更好，使功耗小，采用 500mm水柱的气源压力，而绝大部分国内单位采用1000mm水柱的气源压力。压力越低，气流的紊流效应就差，卷吸作用受工艺精度的影响就大，着实增加 了我们工作的难度。图中元件的喷嘴宽度为0.4mm，高度为1mm。

图2。重庆所做过的射流元件

当时我们还用水试验过大的木头的双稳态阀（喷嘴约20mm*50mm），小的有机玻璃刻制的水双稳态阀（喷嘴约2mm*10mm）用1滴水滴到控制口上就可以切换。这些都给我们提供了应用的想象空间。

由于当时没有成批制造的手段，所以想选一个仅用阀的应用试试。在一番初步调研后选了一个造纸厂的浓度控制项目。一方面纸厂需要浓度控制，它可以改善纸的质 量，一方面有可能用上射流阀控制加水量。后来知道上海所也选了一个纸厂浓度控制的项目作开始，似乎都把这种项目看简单了。试验很不顺利，难在测量环节以及 阀的安装位置，我们开始时试用谢鲁式（斜槽）测浓度，其原理是浓度增加时由于摩擦力增加斜槽上的液位升高。但是已经在生产中的车间空间极为狭仄，没有加水 之后让水与纸浆充分混和的空间，加水后稀浆被浓浆所阻，液位先有一些上升，随后大幅度下降。不久十年浩劫开始，一切进入停顿，这个项目虽拖拉了几年，最终 不了了之。关于它的失败及教训我以后再说，但是我们的同志们显示的认真的工作态度，与工人师傅结合的原望与行动是不会忘记的。夏季的重庆是个火炉，车间里 连着的是纸的生产线，烘干机就在边上，车间的师傅们只穿一个裤头，我记得我和杨火荣、曹振义、王关明、王永初、徐潘良等同志向工人师傅学习，也只穿一个裤 头在那更狭仄的空间装我们的射流阀与检测装置和作试验。我们所与造纸厂相当远，所以我们就住在厂里，那时红卫兵大串联，交通更难。造纸厂一边靠嘉陵江，边 上有一个化工厂，有一次他们氯气泄漏，我们和附近居民一样无处可躲，无路可逃。我们认真的没有任何架子的工作态度受到了工人师傅的欢迎，得到了他们的良好 配合。虽然我们的课题失败了，但是那是我们准备不足，能力不足造成的，我们定题太轻易了，对全新的对象及其约束条件没有预研，不符合客观规律。

1966年重庆科技情报研究所举办了射流技术展览会，我所作为技术顾问协办，来参观的人很多，其中有许多军工厂的人。他们主要的兴趣是进行机械设备的控 制，后来我们参与了很多他们的项目。在这些项目中提供了我们的射流元件，以及控制线路。这些厂当时的机械设备非常落后，工人每天不断重复刀架的前后左右动 作，非常劳累。而这些都是可以由程序控制代替的。可是当时并没有气缸及其配套的控制元件，所以用射流元件进行控制，用专门设计的升压器作功率放大，再配上 他们自己加工的气缸，就可以实现除上下料外的半自动加工，工厂就十分欢迎。稍为复杂的程序控制也可以用这种方案，我所参加过纺织配件3厂的机床控制、 383厂的步进加热炉上料机械手控制、嘉陵厂、建设厂、长江厂等配合的射流项目。值得提出的是我所还给812厂的核芯棒组装机设计了射流控制装置，有放射 性的现场特别需要解放工人。还有攀枝花钢厂空分装置的射流控制装置、成都某厂的水处理射流控制装置等。当时气动仪表专业技术管理的归口在内迁时分归重庆 所，射流技术作为气动技术的分支，它的技术管理的归口也由部标准处指定为重庆所。（当时气动元件还没有成行业，后来有了行业，气动液压在机床上用得多，气 动液压的技术归口就由北京机床所管了。）有了这些项目的经验，以及全国各地各工厂、科研单位在射流程序控制上的实践，我们开始了射流技术标准化的课题，它 得到了部相关标准化机关的授权。它的第一步是搞一个图形符号标准，当时对采用方形还是园形符号重庆所与上海所出现了分歧，我们将从各单位发表的自己使用的 符号作了统计，大约60%以上是方形的，所以建议了方形。图3是北京机床所按建议制作并使用于他们的射流元件上的铭牌。

图3射流元件图形符号

其实方圆并无实质性的差别，可是最终也无法统一。这个问题随着射流技术程序控制的逐渐失宠而已不再重要，所以标准也搁置了。射流技术程序控制在使用中发现 了二个问题，一是它要不断耗气，其实用可动机械部件实现逻辑功能也完全可行，速度来得及，国外和国内逐渐有了专门的气动逻辑元件厂，它们已成为射流技术的 一个分支，再用纯射流元件就变得叠床架屋，并无必要；另一个问题流体的卷吸作用使它通过控制口从环境中吸入尘埃和油雾，它们沉降在关键性的主喷口附近，造 成动作性能变化或失效。在图2可以看到，每个元件有二个输出支路，为了避免下游压力回溯，都设有排大气的口，所以在0输出时实际上输出是通大气的，与这个 输出相连的别的元件的控制口就连在大气上了，灰尘和油污就被吸进去了。

所以在气动逻辑元件出现后纯流体射流技术的逻辑元件就已无前途。但是它并不表示射流技术在其它应用场合毫无优点了。它的主要优点又表现在位置测量和控制方 面以及流体阀方面。我们受成都电焊机研究所的邀请，合作作了窄间隙焊机的焊头位置控制系统。这个课题是比较成功的，它由杨火荣和徐潘良二位完成（接课题时 我参加了）。焊缝很窄很深（50~200mm深，8~12mm宽），要连续几小时地工作，环境温度就非常高，由于是电焊，环境的电磁干扰也特别大，所以要 小尺寸的耐高温高电磁干扰的传感器。正好射流技术中有一款反射式位置传感器，它可以有1mm左右的初始距离，对它非常适用。传感器的输出变化不是很大，为 了达到对位置的精确控制，需要灵敏的气电转换开关。为了避免重复劳动，就用了我设计的5~10mm水柱控制的气/电开关。这一方案后来又成功应用于重庆利 华橡胶厂的橡胶厚度控制系统。在位置检测方面当时我作了距离更大的旋涡式位置传感器的探索，它的距离大了但是灵敏度更低了，这个探索没有找到合适的应用场 合，只有阶段性的成果。

随着时间的推进，我们逐渐认识到射流技术的用流体控制流体的特性只在某些特定的场合才能有性价比的优势，它还不能形成为一个通用技术的基础，即它只能是一 种特定应用（niche application）。用得巧可以显出其优点，在1979年全国流体控制技术学术讨论会上，南通某厂的一个射流自动灌装机就是一例，它用双稳射流阀向 二个罐装液，液位到预定高度时进入虹吸管排出，同时切换双稳阀到另一个计量罐。它不需要另外的辅助能源，无可动另件，没磨损，对液体也就没污染，可靠性也 提高。上海工大的带钢酸洗中的纠偏系统中采用了一环氧树脂做的多喷口射流位置传感器，也非常有特点，因为环境是高温（80℃），喷的是浓度为20%的盐 酸，钢带左右晃动约50mm，跑偏速度为15mm/s，而射流传感器只是3组孔，结构非常简单。1980年IFAC气动液压要开会，这是改革开放后仪表学 会派出参会的第一次，作为行业归口所，我和杨火荣商量后写了一篇论文去参加，代表团由上海所的汪时雍工程师带队，3位论文作者和一位学会代表组成。我在文 中列举我所的橡胶厚度控制系统、窄间隙焊机的焊头位置控制系统，以及上面二个例子说明我们对射流技术应用的看法，得到美国、日本等与会专家的认同。即使到 今天，这些例子中传感器的性价比也是很好的，在它们后面可能配简单的集成电路压力传感器，就可以实现更为精确的控制。

二年多之后，在IFAC气动液压会议上的论文引起一件令人不快的事。所纪委郭明德书记找我，说有人指控我们泄密，科委系统由上向下要追查，要我作出说明。 十年浩劫已经大大破坏了人们相互间的信任，任何人都可以在“国家利益”、“人民利益”的大旗下走私伤害别人，所谓“八分钱邮票告发让你吃不了兜着走“。这 件事如果坐实，我是当事人当然不免遇到枉来之灾，所领导和学会领导也会因“疏于把关”而受牵连。这件事必定是这个圈内的人干的，因为只有搞射流的人才能说 得这样像模像样。我不知道他们想达到什么目的，到现在也不知道他们是谁。但是当时在写文章时我们对保护国家利益是有考虑的，完全不可能犯规。首先，文章内 容都是民用技术，不涉及国防军用等需保密的内容与数据，其次，这些内容都汇集在论文集里，论文集在新华书店发售（科技新书目1-213，书 号：15176.497），任何人都可以购买，何来保密之说。终于这个“泄密“的莫须有的罪名未加到头上。

十年浩劫之后，百废俱兴，需要各种各样的人才，高等教育断了十年，人才的缺口很大，而射流技术的辉煌已经过去，所以国内搞射流的人纷纷转行，我们所也是这样，我是最后转的，转到了气动变送器性能评定方法的标准化工作以及气动仪表规划的工作了。

30年之后，回顾这一段历史，我的一些同事、朋友有的已经作古，有的天各一方，时有音讯相通，有的已只在记忆之中─君在何方？你还好吗？但回想当年，年轻 人意气风发，不惧任何艰难，一往直前的样子，不由生出自豪之感：我们为国家努力了、尽力了，虽然十年**占了我们的青春时间，但是我们没有浪费每个可用的 时间。射流技术由兴起到衰落，中国走的路和世界上其它国家的路是一样的，那是事物认识的过程决定的，我们没有处理错。开始的时候强调的是它能做什么，而结 束的时候强调的是它在竞争的世界中有没有好的性价比，性价比才是存活的条件。比较的对象不只是现有的对手，而是潜在的对手。就在今天，如果有一项新的技术 出来，与我们的业务前途有关，它的前景还不明朗，如果条件许可，我们也是不能等待的，要尽早赶上去，要在摸索中弄清楚。有时候失败在起跑线上，就再也没有 超越的机会。最典型的例子就是电脑的输入法，尽管以后新方法层出不穷，没有一个能撼动五笔字型，因为它最先成功。

射流技术没有成功的程序控制，孕育了气动逻辑元件的发展，它满足了当时机械设备自动化的需要，特别是像我国更为薄弱的机械基础的需要。直到今天，它仍是一 个重要的行业。作一个假设，如果当时我们所是一个追求自己利润的企业，也许我们就已以此为锲机，转向机械设备控制领域，现在就是另一种活法了。在位置传感 器的耐环境性能的发挥方面，是个小众市场，它如与先进的电子技术结合，也有前途，我所陈正法搞的气动测厚加了扩散硅变送器就是很好的例子（陈正法与以前是 搞微波的，与射流技术组没有关系）。搞得好，也可以成为小巨人企业。

总之，要学习、要追踪、要创新、要根据时势改变策略，在约束条件下为国家努力，决不要浪费时间、虚度一生。

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网站小编Ana帮忙上载，原帖来自电子工程专辑论坛帖子的精彩回复

我在麻省理工的硕士项目：会编程的水(ZZ)(25楼)