由於投入巨大、經營得法,軍工生產製造能力有了很大提高。槍彈廠的生產能力,大概分為三個時期:第一期1920年4月至1923年12月,六五、七九步槍彈由日產1萬發,擴充到10萬發。第二期1924年日產15萬發。第三期1925年至1931年九一八事變止,日產30萬發。第二期比第一期年產300萬發,增長15倍。第三期年產9000萬發,多時達到1億粒,比第一期增長30倍。其他各廠也都有較大發展。每年生產的大炮150門,炮彈二十餘萬發。步槍六萬餘支,槍彈1億粒,輕重機槍1000挺。
東三省兵工廠的擴建和發展,為張作霖進入關內、問鼎中原打下了軍事物質基礎。
為了提高奉軍立體作戰的能力,張作霖把目光指向了空軍。他深知,在現代戰爭中,陸軍沒有空軍的支持,是很難取勝的。尤其是在第一次世界大戰中,空軍在戰鬥中低空對地掃射和投彈轟炸,所起到的殲滅敵人和擾亂軍心的巨大作用,給張作霖留下了深刻印象。第一次直奉戰爭,由於直軍有幾架飛機壓迫西線張景惠部,低飛拋彈,狂轟濫炸,使奉軍西線頃刻土崩瓦解。這給奉軍造成了極大的心理傷害。這個慘痛教訓,使張作霖下定決心,要建立一支獨立的空軍和海軍。
中國開始建立空軍是在1912年前後。當時的陸軍總長段祺瑞,在留法回國的航空員姚錫九的建議下,向英國購買了一批飛機。1917年使用這批飛機,參加了討伐張勳復辟軍的戰鬥,空襲過復辟軍佔領的北京,轟炸過紫禁城。1920年,直皖戰後,因為奉系派兵支持了直系,張作霖分得戰敗了的皖系段祺瑞的一批飛機。這是張作霖夢寐以求的。這批飛機有旅客運輸機4架,偵察教練機4架。同時,跟來航空人員姚錫九和王立序等專家。後來,張學良又從大沽造船廠等地調來技工趙鴻起等22人。有了這些,就為建立東北航空軍提供了有利的前提。
1921年1月,張作霖下令設置東三省航空處,並派其參謀長喬賡云為處長,趙延緒、章斌為正副主任。此外,還委派了副官、軍需官、軍醫官、書記官、工廠管理員、技工、班長等若干幹部,分別掌握航空處各項事務。在瀋陽東塔農業實驗場曠地修建飛機場,又建廠房,蓋倉庫,造宿舍,築辦公室。以章斌、莊以臨等為飛行骨幹,以孔家桂、趙鴻起等為機械士,組建航空隊。這樣,就有了東北航空軍的雛形。
1922年奉軍在第一次直奉戰爭中失利。據認為,「此次戰敗原因之一是直系的空軍佔了優勢」。在西線,直軍利用其航空優勢,派飛機在長辛店投擲重磅炸彈,奉軍招架不住。奉軍前敵總指揮張景惠首先退卻,引起奉軍全線崩潰。這次慘敗,對張作霖是刻骨銘心的。張作霖更加深刻地認識到建立自己的空軍的必要性。這一次中國最早使用飛機作戰奉軍失敗的情景,是張作霖永生難忘的。
為此,1923年9月,張作霖任命張學良為東三省航空處總辦,以加快東北航空軍的建設步伐。值得一提的是,張學良在1923年間學習了航空駕駛,很快就掌握了這個技術。他很喜愛飛行,航空員都很欽佩他。
在第二次直奉戰爭中,奉軍取得了勝利,東北空軍在戰鬥中發揮了作用。張作霖感到東北空軍要加以整編,擴充實力。為此,張學良進行了機構改革。於1925年將東三省航空處改組為東北航空處,設立總務、機械兩處,分掌事務和機務。以高紀毅為總務處長,周培炳為機械處長。同年3月,附設航空學校,由張學良兼任校長。教官有北京南苑航空學校畢業的趙延緒、王立序等,還有法國退役飛行員博賴等十餘人。至此,東北的航空軍包括多架飛機、正規機場、維修工廠、機械設備、航空人員、地勤人員、機械人員,以及訓練機構等,才粗具規模。
對航空員的培養,張作霖煞費苦心。第一批自己培養的航空員,基本不合格。第二批從陸軍中選送到法國留學的12名航空員,也不理想。接受這兩次教訓,第三次選派留學的航空員就非常嚴格了。1925年,張學良在東北軍官訓練班的一千餘名學員中,親自挑選了28名學員。他們的特點是,品德好,年齡小,體格壯。一般是20歲左右,最小的僅17歲。這次送往法國留學的共35名。除28名學飛行的航空員外,還有學習其他學科的。
28名航空員到法國後,分作兩部分。一部分進入了對身體條件要求更加嚴格的巴黎的毛蘭納航空學校,共18名;另一部分進入法國西南克魯德亞的高龍特航空學校,共10名。毛蘭納航空學校的教授方法是最優秀的,使用的教練機也是最新式的。教練機是毛蘭納工廠自己製造的。學習的科目有:機械、駕駛、實習、法文等。高龍特航空學校的學習科目有:機械、戰鬥、轟炸、無線電聯繫等。學習時間都是8個月。畢業後,兩部分學員都獲得了國際航行駕駛證,具有初級駕駛人員資格。1926年秋,兩部分學員都轉入法國南部的依斯特陸軍航空學校訓練,學習駕駛和戰鬥。結業後又轉道里昂的法國正規航空軍三十五團,參加實際戰鬥見習。實習的項目有:轟炸、投彈、瞄準、掃射、空中戰鬥、無線電聯繫等。還參觀了歐戰的遺蹟。1927年初,結束全部訓練項目,啟程回國。
這批留學生受到張學良的高度重視。在學習期間,就把他們的軍銜由準尉提升為中尉。回國後,很快提為少校或中校。對他們在階級、工資、生活各個方面,都給予滿足。他們在奉軍的航空事業上也確實起到了不小的作用。
東北空軍飛機的來源有三條途徑。一是從軍閥手中繳獲的。1921年繳獲段祺瑞的8架,1926年繳獲吳佩孚的2架,1927年繳獲馮玉祥的3架,1928年從飛豹隊山東帶回10架。計有23架。二是從西方國家購買的。張學良接受西方資本主義的先進事物很快,他不惜花費巨資從這些國家購買新式飛機。1925年從法國購買十餘架,每架10萬元。1929年從法國又購買26架。同年,又從日本,花120萬元,購買4架。1930年又從捷克購買40架。到1931年九一八事變,前後共購買八十餘架。三是接受西方國家贈予的。1929年美國贈送1架。同年,法國贈送1架。綜合以上三個來源,東北空軍約有飛機一百餘架。據估計,在東北空軍全盛時期,飛機累計約有「250架至300架」。這在當時的中國是首屈一指的,只可惜九一八事變中都成為了日本鬼子的戰利品。
張作霖決心建立東北海軍是有原因的。1922年4月,第一次直奉戰爭爆發時,吳佩孚乘溫樹德海軍少將的旗艦「海圻」號,巡視秦皇島、葫蘆島一帶,並策應山海關的直系陸軍,在葫蘆島發炮一百餘發,對奉軍造成威脅。5月,奉軍失敗。在奉軍退出山海關時,遭到依附直系的「海籌」、「海容」等軍艦從秦皇島海面大炮的轟擊,部隊損失較大。甚至白天不敢行動,夜車不敢開燈。張作霖的座車也險被擊中。張作霖深感沒有海軍不能控制海面的痛苦,遂決心建立東北海軍。
東北海軍的創始人是沈鴻烈。沈鴻烈,字成章,湖北天門人,1882年生。1906年,入日本海軍學校學習,加入中國同盟會。1911年畢業回國。武昌起義爆發,沈鴻烈奉命為海軍宣慰使,策動長江上下游海軍反正。1912年,任南京臨時政府海軍部軍機處參謀。次年,任北京政府參謀本部上校科長,主管海防。1916年,被派赴歐洲觀戰團海軍武官。1918年回國後任陸軍大學海軍教官。1920年任吉黑江防司令公署中校參謀。1922年,張作霖任命他為鎮威上將軍公署航警少將處長。
原來,在清朝末年,他在湖北新軍充當文書,由兩湖總督張之洞派赴日本留學。當時中國海軍大權掌握在閩系手中,艦上服役也全是福建人。非閩系的赴日本留學的海軍軍官就不能在艦上服役,只能在北京海軍部候補。以後也只是任參謀等文職人員,沒有更好的出路。沈鴻烈不甘寂寞,他謀到吉黑江防司令公署中校參謀的差事,是難得的機遇。
適逢奉軍戰敗退回關外,張作霖自稱東三省保安司令,宣佈東三省獨立,決心加強海防。沈鴻烈便提出了加強海防的具體建議,受到張作霖的賞識,竟被採納。沈鴻烈把家眷接來東北,在法庫買地落戶,表示決心跟隨張作霖。再加上他的豐富的海軍閱歷和深湛的海軍知識,因而,受到張作霖的信任。張作霖便任命其為東三省保安總司令部八大處之一的航警處少將處長。沈鴻烈原來只是中校參謀,破格提升為少將處長,這在海軍軍官中還是空前的。後來東三省保安總司令部改為鎮威上將軍公署。
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