1938年冬，在转飞P-5型飞机以后，盛世才曾考虑利用空闲的初级教练机，再办一期飞行班。邓发闻讯后，马上请示中共中央同意，将大革命时期去苏联学习航空，1938年9月回国路过迪化的共产党员常乾坤、王弼留下来，准备送进新疆航空队任教。又将1938年8月从延安抵迪化的郑德、吴元仁、周元春、叶元之、李春华、任平、林征等组织起来，准备送进航空队第四期飞行训练班学习。
盛世才做事波诡云谲，变化莫测，见中共学飞行的人员先后到达迪化，忽然改变了主意。虽经邓发再三商谈，他都以种种借口不同意再办第四期飞行班，也不同意让常乾坤、王弼进航空队任教。邓发又提出，能否让延安来的人插入第三期飞行班学习。盛世才又以飞机少，学员多为借口回绝了。
邓发遂于1939年春，电请中共中央同意，将当时在迪化的已学过航空和准备学航空的组织起来，在党中央驻新疆代表驻地，举办了一个“航空训练班”。训练班一边组织自学航空理论，一边继续等待进航空队的机会。在国民党空军学过飞行的共产党员郑德，担任了航空训练班的班长。常乾坤、王弼负责理论教育。学员有吴元仁、林征、周元春、叶元之、李春华、任平以及1939年5月从苏联回国路过迪化的刘风、王连、李凡、刘春、王占山和王田，其中刘风、王连等在苏联学过飞行。
航空队和航空训练班，在航空业务方面经常来往，互相学习。航空队学员利用去党代表驻地汇报工作，开支部大会的机会，向航空理论造诣较深的常乾坤、王弼请教理论问题，请他们上理论辅导课。常乾坤、王弼等还翻译了盛世才航空队没有的一些苏军飞行教材，供他们学习参考用。他们也向航空训练班的学员，介绍飞行的实践和体会。
1940年，盛世才对中共态度明显冷淡，航空训练班的人已不可能再进新疆航空队。这部分同志按照党中央的指示，于当年夏天，分乘两辆汽车返回延安。其中常乾坤、王弼、刘风、王连等乘坐的汽车先行到了西安。跟在后面不远的郑德、李凡、刘春等乘坐的汽车，却在甘肃平凉被国民党无理扣押。郑德、李凡被杀害。
随着飞行课目难度的不断增加，航空理论教育内容也越来越深。他们24名飞行学员，除了夏伯勋高小毕业，其他多数只上过几年的初小，有的是参军后才摘掉文盲帽子。从新兵营来的人，由于突击学习了半年文化，能勉强跟上航空理论学习进度，但成绩一直悬在3分左右；从延安来的人中，有几位连乘除都不能熟练运算，在越来越多的数学概念、计算公式面前，茫然不知所措，连续几次测验都不及格，急得直搓手。如果阶段性的航理考试和补考都不及格，就不能参加新课目训练，这就意味着失去继续飞行的资格。驾驶飞机在蓝天上战斗的梦想绝不能破裂，怎么办？只剩下华山一条道，坚决攻克航空理论这只“拦路虎”。
破釜沉舟，百二秦关终属楚；卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。大家每个人准备了个小本子，将定律、原理、公式都记在上面，有几分钟空，就掏出来背几句；还利用集体智慧互帮互学，互当“考官”，比比画画，互考互答，切磋交流。
每次上完理论课，教官一出教室门，夏伯勋等几位“小教员”就走上讲台，给几位文化底子差的同学“开小灶”，帮他们赶队。可是，一则小教员的能力很有限，再则那几位同学基础实在太差了，连立方体概念也搞不清楚。小教员急得抓耳挠腮，看到窗外有一堆土豆，灵机一动，拔腿奔出教室，不一会儿蹦蹦跳跳地走进来，高声嚷道：
“同志们，这就是立方体模型！”
大家一看，都乐了。原来，小教员手里捏着一个用小刀切得方方正正的土豆块。
“土豆块太小了，用萝卜可以切成大的立方体。”机灵的陈熙冒了一句。
他们真的从食堂、菜地找来了大萝卜。小教员不但把萝卜切成立方体，讲解体积、乘积，还切成四方形、三角形，拼成平行四边形，讲解几何图形、概念和计算公式。小教员还把萝卜切成不规则的圆锥形，拦腰割了几层，讲解航空图上等高线概念。如此等等，萝卜块成了多用途“数学模型”。
航空队党支部同志之间亲密团结，一人有困难，八方伸出热情帮助的手。胡子昆、王东汉和吴峰等技术上薄弱环节多一些，技术较好的方子翼、陈熙、夏伯勋、朱火华等，就主动用业余时间手把手的传帮带，帮助他们克服技术难点。周立范患病动了大手术，在住医院和回队养病期间，同志们护理他，替他洗脸擦背，背他到院里晒太阳，早晚帮他补功课，上街也都忘不了买点营养品给他。在全体同志无微不至的关怀下，曾经病危的周立范终于恢复了健康，而且很快跟上了学习进度。
盛世才不允许他的军队内部有任何党派活动。在森严的禁令下，航空队党支部有巧妙的活动方式。“新疆民众反帝联合会”是政治团体，要求军政人员和各阶层人民普遍入会，广泛建立“反帝会”分会、支部、小组。航空队全体都加入了“反帝会”，他们利用这一合法组织，凡党的会议都以“反帝会”小组名义召集。偶然，航空队“反帝会”分会的干部来参加小组会，他们就欢迎“光临指导”，畅谈反帝；等其一走，又变成了他们的党小组会。由于每隔一周半月都以这种方式开一次党小组会，他们曾因“经常组织反帝会活动”而受到航空队“反帝会”分会的嘉奖。每月的党支部大会，多数是利用星期天到市里洗澡的机会，悄悄地集合到党中央代表驻地附近的一所独立“新房子”召开，偶尔也利用休息时间在教室里开。外人总以为他们又在自学航空理论。党支部每年都按党章要求，通过民主选举改选党支部委员会。继吕黎平之后，严振刚、朱火华、方华、汪德祥等，分别担任过支部书记。
1939年夏天，邓发因汽车事故胸部受伤，中央决定他回延安，由从苏联回国路过迪化的陈潭秋接任党中央驻新疆代表。陈潭秋待人谦逊和蔼，满腔热情，给航空队每一个人都留下了深刻印象。周立范老觉得肚子疼，航空队军医确诊肚子里长了个瘤子，说是不治之症。陈潭秋闻讯后，亲自四方奔走，多方联系，最后通过苏联总领事，请苏联在盛世才军队医院工作的专家诊治，动了手术，切除瘤子。陈潭秋还用自己的津贴，多次购买营养品送给周立范，还指示航空队精心护理，终于把周立范从死亡线上抢救过来。1940年以后，盛世才倒行逆施，使新疆经济恶化，物价飞涨。航空队学员的伙食费却没有涨，只好经常吃咸菜疙瘩，人渐渐消瘦了。陈潭秋看到后非常心疼，请示中央有关部门，从新疆历年节余的党费里，每月拿出120元补助航空队的伙食，使大家感受到党组织的关怀和温暖。
机械班经过一年半的紧张学习和实习，于1939年9月按期毕业。航空队按照惯例，在大操场上搭起讲台，举行隆重的毕业典礼。盛世才亲临讲话，和全体毕业学员合影。给毕业学员授军衔时，按照考试成绩排列授衔的先后顺序。红军学员总共18名，除王东汉考4分外，其他都考4.5分以上，自豪地排在靠前位置。严振刚等两人被授予中尉军衔，其余被授予少尉军衔。吴茂林因患肺结核，已于1938年退学养病。
学机械的同学这么好的成绩毕业，使大家心情振奋，沉浸在激动和喜悦中。他们决定利用星期天，买点瓜果、糖块，到党代表处的“新房子”开个庆祝会，热烈庆贺党的第一批航空机械人才。
机械班的同学在庆祝会上，激动地回顾了一年半艰难曲折的学习生活。第二期机械班共有34名学员，其中16名是新疆富裕阶层的子弟。有一名当地学员叫袁国藩，是新疆督办公署兵工厂厂长袁国维的弟弟，北京大学附中的高中毕业生。这些人自恃文化程度高，见到红军学员连基本的数、理、化知识都答错了，就在课堂上哄笑。由于红军学员理论知识差，很难弄清原理，看懂线路，因而在实际操作中，发现了故障也难于从原理上找准原因，常常张冠李戴，阴差阳错。最头疼的是考试关，每星期必有一次测验，每个学科结束都要大考。大考场上，铺着红布的考官桌前，并排坐着航空队的苏联机械顾问、大队总工程师和主讲教官。他们事先拟好了一大堆考题，把学员逐个叫到桌前，立正站着，抽题提问。从理论到实际操作程序，要求当场演算、对答如流，稍有“卡壳”，就要扣分。考一个学员时，全体学员都端坐静听。这样的以口试为主、当场演算、当场指证，每个人考不同的题的方法，是苏联教官提倡，在航空队各种考试中通用的方法。每参加一次考试，就是一次全面的复习，使学员没有任何作弊的可能，但也容易使基础差的学员在众目睽睽下精神高度紧张，往往考试一次，汗湿全身。由于16名当地学员和红军学员编在一个班，朝夕相处，比着瞧，赛着干，迫使机械班的同学在学习中跌打滚爬，在更为艰难的环境中奋斗。
学机械的同学用兔子与乌龟赛跑的寓言激励斗志。每当下午和晚上自习时间，当地的学员见教官不在，就像兔子一样悄悄溜出教室，玩耍去了。红军学员却埋头书桌，不做完习题，不弄懂原理，不写好笔记，就不离开教室。刘子宁、吴峰参军前没上过一天学，他俩就常年坚持每天早起晚睡一两个小时，补习文化，病倒了还拿着书本在床上做功课。终于，红军学员与当地学员在文化上的差距越来越小，而在熟记常用的机械理论、计算公式和各种数据方面，则远远超过了他们。地勤理论课上了半年时间，接着是下厂实习，拆装发动机。在操作实习中，教官讲解线路关系和维护要领，做完示范就走了。当地的学员自以为一听就懂，一看就会，又怕油垢弄脏了白嫩的手，就在实习场地闲逛。红军学员围着飞机爬呀、摸呀，往往弄得满身油垢浑身汗。正课时间嫌不够，又在午休时间悄悄跑到机场去实习。
毕业考试了。当地的学员“平时不烧香，急时抱佛脚”，往往抓耳挠腮，窘于应付，成绩当然不理想了。红军学员从容地甩开早已熟记的书本、手册，开始互相之间当“考官”，你提我一个问题，我考你一个故障，互相琢磨，加深印象，等到站在考官面前时，早已互相考过好几回了。毕业考试最难的一关，是考核实际操作。红军学员由于平时实习次数多，动作准确熟练，挥洒自如；当地学员拆装同样的机件，花的时间往往超过他们一倍。教官指着一架开车时冒着一丝丝黑烟，转速上不去的飞机考问原因。当地学员大眼瞪小眼，说不出道道来。教官考问红军学员丁园，他略加思索，就肯定地回答：“这是发动机汽缸划了痕，活塞密封不严引起的。”教官当场令丁园拆下汽缸，汽缸内壁果然有一条头发丝粗细的划痕。丁园当场用极细的砂纸磨平，又利索地换上新的胶垫，随着教官一声口令，丁园重新启动飞机。发动机“突、突、突”，吐出了青白色的烟雾，螺旋桨“嗡”的一声转成了一圈白光。故障排除了，教官破例地给丁园打了满分。
奇迹每出于困境，胜券总握于哀兵，这是历史和人生的规律。机械班毕业考试成绩表贴出来了，大家都挤上前看成绩。当地的学员看着名次，羞愧地低下了头。红军学员又蹦又跳地拥抱在一块，兴奋得脸色像怒放的红玫瑰。是呀，应该高兴，应该庆贺！日出日落和暑去寒来中，500多个日日夜夜的心血，终于结成了丰硕的成果。枝繁叶茂的春天，永远属于不息的信念和勤奋。
18名红军学员毕业分到机务中队后，保持和发扬了刻苦钻研、一丝不苟的好作风。每架飞机有两个机械员，一个是盛世才的人，一个是红军学员。名义上是盛的人为主，实际的机务工作多是红军学员做的。红军学员恪尽职守，努力工作，而且工作能力比他们强。虽然都是军官，但是待遇不一样，每月只给红军机械员20元的生活费，不过在他们看来，20元比爬雪山过草地的时候要好多了。当时实行物质奖励，连续保障飞行100个小时，500个起落不发生任何问题，就奖励该飞机的机械员一个月的工资。朱火华、丁园、刘子立、金生等多次得到这类奖金。
1939年8月，一个风和日丽的星期天上午。陈潭秋通知航空班班长吕黎平和机械班班长严振刚赶到新兵营的野营地。野营地在迪化城外高大茂密的树林中，林中有一条清澈见底的小溪。溪底的鹅卵石在阳光下泛着五颜六色的光彩，鸟儿在林中叽叽喳喳地欢唱，微风拂面，送来一阵阵扑鼻的槐树清香。
他俩看到陈潭秋陪着一个身影很熟的人站在一顶白色帐篷前，定神一看，原来是周恩来副主席。两人惊喜地奔过去，向周副主席敬礼、问好。自1935年7月，周副主席找吕黎平谈话，令他随叶剑英到红四方面军工作以来，他已经三年没见过周副主席了。这次意外地在西北边陲见面，他心里非常激动、高兴。
周副主席和他俩热烈地握手，他俩这才发现周副主席的左胳膊不灵活，用白纱布裹着夹板。陈潭秋说，周副主席是乘飞机去苏联治疗摔伤的胳膊，路过迪化。两人着急地询问周副主席的伤势。他笑了一笑，说没事，亲切地招呼他俩坐下。
周副主席一开头就告诉他俩：“党中央、毛主席很关心你们学航空，让我路过迪化时向同志们表示慰问。我不便直接去航空队看大家，就见见你们两个代表，请你们转达。”
周副主席详细询问航空队的学习情况，吕黎平和严振刚一一作了汇报。当周副主席听到他们的考试成绩都在4分以上，已能操纵、维护两种飞机时，高兴地说：“陈云同志做了件很好的事。将来建设我们自己的空军，有骨干、有种子了。”当他俩汇报到43名同志，是从红军各方面军中挑选出来的时，周副主席赞扬说：“这很好！每一个方面军都有特点，应该互相学习，取长补短。继承了各方面军的优良传统，我们的航空队会有很高的战斗力。”
周副主席还和他俩谈起国民党建设空军的情况。他说，现在国民党的空军人员，主要是由江浙籍和两广籍组成。以前，陈济堂倒戈蒋介石时，他的空军被蒋介石用金钱引诱、用籍缘拉拢，都倒向南京政府了，这是反面的教训。将来我们党建立空军时，应从八路军、新四军，从各地的游击队，从各解放区中选调德才兼优的同志，要搞五湖四海，把各方面各地的优点都集中到空军，因为对空军的要求高嘛！一个飞行员驾驶一架飞机单独行动、单独作战，没有好的思想作风和高超的技术、战术，是胜任不了的。
周副主席问有什么困难需要解决。他俩提出：能否请周副主席到苏联后，向苏联领导人反映一下。苏联给了国民党不少飞机去打日本侵略者，我们共产党人打日本鬼子最坚决，应该也给我们一些飞机。这样，学成之后回延安，就能组建自己的空军了。
周副主席微笑答应，要向苏联领导人反映这方面意见。
1940年2月，周副主席受伤的胳膊基本痊愈后，又乘飞机从苏联回国路过迪化。他再次接见了吕黎平和当时机械班负责人朱火华。周副主席告诉他们，关于请苏联援助飞机的事，苏联政府考虑到八路军名义上属于重庆国民政府统一领导，援助飞机只宜按国家之间的关系给重庆国民政府，不便直接给八路军，否则会带来一些外交上的问题。此事，就等以后再争取吧。周副主席又坚定地说，不管怎么样，我们党迟早要建设自己的空军。暂时没飞机，就先培养技术人才嘛。你们40多名同志既有会飞行的，又有搞机械的，一有飞机就能形成战斗力。党中央对你们寄予很大的期望。
周副主席语重心长地嘱咐说，我听潭秋同志介绍了你们的情况：40多名同志多数是红军的营团干部，在航空队过着艰苦的学员生活，一年到头都是紧紧张张的学理论学技术，年龄大了还不能结婚成家。你们有理想有志气，不计较个人得失，克服很多困难，取得了好成绩，这是很可贵的。要告诉同志们，现在这样的学习环境、学习条件，是非常难得的。机不可失，时不再来呀！一定要珍惜目前的学习机会，争取更好的学习成绩，向党中央汇报。
周副主席又根据当时新疆的政治形势，决定把航空队党支部暂时改名为“学习生活指导委员会”。他说，这样改变名称后，党组织的性质没有变，党支部的领导作用没有变，只是为了使盛世才找不到任何借口干扰我们的组织生活。
吕黎平、朱火华怀着激动的心情回到航空队，当天就向全体同志传达了周副主席的关怀和勉励。党中央的殷切期望，建设人民空军的壮丽前景，鼓舞着他们。