近日，俄羅斯國家技術(shù)集團(tuán)（Rostec）宣布，他們已經(jīng)完成了新型PD-8發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)（ACS）的研發(fā)工作，僅用時(shí)一年半時(shí)間。

Rostec還表示：“如果一切順利，該系統(tǒng)將在2023年開始批量生產(chǎn)?！?/p>

PD-8發(fā)動(dòng)機(jī)是PD-14發(fā)動(dòng)機(jī)的衍生型號，推力較PD-14小一些。

對抗封鎖，國產(chǎn)化為第一要?jiǎng)?wù)

之所以在眼下這一時(shí)間節(jié)點(diǎn)公布這一消息，是因?yàn)镻D-8這套“國產(chǎn)化”ACS系統(tǒng)的推出帶有非常強(qiáng)烈的應(yīng)急色彩。

近年來，俄羅斯面臨極為不利的國際環(huán)境，保證PD-8乃至整個(gè)PD-14家族發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目的延續(xù)是至關(guān)重要的工作。因此，提升發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)的國產(chǎn)化率成為了優(yōu)先級最高的工作，而其他問題，如功能是否更完備、性能指標(biāo)是否有所提升等則屈居其次。

SSJ-100支線客機(jī)是PD-8發(fā)動(dòng)機(jī)未來主要的裝機(jī)對象。

自2014年克里米亞事件后，俄羅斯就一直遭受歐美的技術(shù)封鎖禁運(yùn)和經(jīng)濟(jì)制裁。這造成了俄羅斯無法通過正常的引進(jìn)渠道獲得諸多航空領(lǐng)域相關(guān)材料、設(shè)備和元器件等資源和技術(shù)。

此外，近年來隨著俄烏關(guān)系的持續(xù)惡化，歐美對俄羅斯的封鎖和制裁還在加強(qiáng)，涉及的項(xiàng)目也越來越多，民用客機(jī)MS-21也遭遇了碳纖維復(fù)合材料禁運(yùn)等一系列封鎖。

別-200水上飛機(jī)未來也可能換裝PD-8發(fā)動(dòng)機(jī)。

對于俄羅斯來說，完成PD-8的ACS系統(tǒng)的國產(chǎn)化，意味著所有材料，尤其是電子元件都將直接在俄羅斯境內(nèi)完成采購。

從短期來看，配備這一ACS系統(tǒng)的PD-8發(fā)動(dòng)機(jī)將替換法俄聯(lián)合研制生產(chǎn)的SAM-146發(fā)動(dòng)機(jī)，完成SSJ-100“完全國產(chǎn)化”上的關(guān)鍵一環(huán)，恢復(fù)生產(chǎn)交付工作。而從長期來看，這一工作也將是俄羅斯加速實(shí)現(xiàn)航空工業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

作為發(fā)動(dòng)機(jī)核心的ACS系統(tǒng)

Rostec提到的ACS系統(tǒng)實(shí)際上就是國內(nèi)經(jīng)常提到的全權(quán)限數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)（FADEC）。

為了維持各項(xiàng)功能的正常，航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要一個(gè)控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)各個(gè)部件——從最基本的燃油流量控制來說，油給的太少發(fā)動(dòng)機(jī)就要熄火停車；但油給的太多，溫度就會(huì)過高，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障甚至起火燒毀。而這其中“多”和“少”的具體數(shù)值在不同的飛行速度高度、不同的飛行負(fù)載條件下，又是完全不同的。

此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的重要性就顯現(xiàn)出來了：它不僅能根據(jù)設(shè)計(jì)者制定好的指令，控制燃油輸送的最小和最大流量，還能根據(jù)渦輪、壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)到最合適的燃油流量……這還僅僅是ACS系統(tǒng)最基本的功能。

在以F-119發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的全球第三代數(shù)字化發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，其控制的功能能達(dá)到20個(gè)以上。

在早期的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，各種調(diào)節(jié)功能通常是使用“機(jī)械-液壓”部件來實(shí)現(xiàn)的。但是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)本身變得越來越復(fù)雜——從渦噴進(jìn)化到渦扇，從單轉(zhuǎn)子進(jìn)化到雙轉(zhuǎn)子、三轉(zhuǎn)子，壓氣機(jī)靜子葉片從固定式發(fā)展為可調(diào)試，尾噴管進(jìn)化到可調(diào)節(jié)噴管，甚至帶有矢量推力功能......

傳統(tǒng)的“機(jī)械-液壓”調(diào)節(jié)裝置已經(jīng)難以同時(shí)應(yīng)付如此復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)了。

壓氣機(jī)溫度傳感器

葉片轉(zhuǎn)速傳感器

電子控制器

另一方面，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)變得越來越精密，維護(hù)、檢修工作的難度也越來越大。

因此，精確監(jiān)控多個(gè)部件的工作狀態(tài)，對發(fā)動(dòng)機(jī)的潛在故障進(jìn)行預(yù)測、警示，已經(jīng)成為保障發(fā)動(dòng)機(jī)正常使用的剛性需求。

基于這些變化和需求，在當(dāng)代的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，純粹的控制功能往往占比只有20%甚至更低；其余80%甚至更多的設(shè)計(jì)工作，都是為了更好地滿足發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)、管理的各種需求。

可以說，沒有優(yōu)秀的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，就稱不上一臺(tái)可靠、強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)。在大中型發(fā)動(dòng)機(jī)上，控制系統(tǒng)的研制費(fèi)用一般占整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)研發(fā)費(fèi)用的15%~20%；對小型發(fā)動(dòng)機(jī)來說，這一比例更可高達(dá)30%。

在這些因素的共同作用下，基于數(shù)字控制電路的全權(quán)限數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)成為了當(dāng)下全球的發(fā)動(dòng)機(jī)主流設(shè)計(jì)選擇，俄羅斯PD-8發(fā)動(dòng)機(jī)的ACS系統(tǒng)也一樣。

“基本功”扎實(shí)，短板也明顯

從既往的發(fā)動(dòng)機(jī)型號來看，俄羅斯在航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)研究和設(shè)計(jì)上的“基本功”非常扎實(shí)。他們對于航空發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工作狀態(tài)下，各個(gè)區(qū)域的氣流和燃燒狀態(tài)差異、各個(gè)不同部件如何協(xié)調(diào)工作才能得到最好的效率......諸多關(guān)鍵因素，都有相當(dāng)深刻的了解。

而且，對于俄羅斯航發(fā)的技術(shù)骨干團(tuán)隊(duì)來說，更先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)一直是其樂意且擅長學(xué)習(xí)的領(lǐng)域——俄羅斯學(xué)習(xí)、引進(jìn)當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的過程正說明了這一點(diǎn)。

拉扎克發(fā)動(dòng)機(jī)

拉扎克發(fā)動(dòng)機(jī)是法國在20世紀(jì)60年代研制的一款發(fā)動(dòng)機(jī)，用于小型噴氣教練機(jī)。到1993年該發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)停產(chǎn)。但俄羅斯要求購買該型發(fā)動(dòng)機(jī)的專利技術(shù)——附帶條款是法國必須和俄羅斯合作，為拉扎克發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)一款全新的數(shù)字化發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)。

作為一款材料老舊、設(shè)計(jì)過時(shí)的小型發(fā)動(dòng)機(jī)，拉扎克的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)極易被掌握。但同時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)又是一臺(tái)雙轉(zhuǎn)子的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)——這意味著它與今日的各種主流、先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)具備高度相近的基礎(chǔ)構(gòu)架。

因此，對俄羅斯來說，引進(jìn)拉扎克發(fā)動(dòng)機(jī)的最大意義就是以其為平臺(tái)，獲得一個(gè)簡單易懂、且方便推廣到其他型號的試驗(yàn)平臺(tái)，并讓法國人“手把手”地教他們怎么設(shè)計(jì)數(shù)字化的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。

通過類似方式，俄羅斯以相當(dāng)小的成本快速、高效地掌握了當(dāng)代先進(jìn)航發(fā)控制技術(shù)的基本框架，并推廣應(yīng)用到了之后的各種更先進(jìn)和復(fù)雜的型號上。對比另一些在先進(jìn)發(fā)控技術(shù)上走過彎路的后發(fā)國家，20世紀(jì)90年代之后，俄羅斯在ACS系統(tǒng)的研發(fā)和設(shè)計(jì)工作相當(dāng)順利和高效。

但對PD-8發(fā)動(dòng)機(jī)的ACS系統(tǒng)來說，最大的短板并不在于航空相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，而在于更加基礎(chǔ)的行業(yè)能力如材料、機(jī)電、電子電氣制造等更方面，尤其是從設(shè)計(jì)研發(fā)轉(zhuǎn)入量產(chǎn)階段。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境極為嚴(yán)苛，作業(yè)時(shí)長和頻率也較高，ACS系統(tǒng)也同樣面臨著極高的作業(yè)要求，涉及的基礎(chǔ)元件包括大量能適合極高工作溫度和劇烈振動(dòng)、同時(shí)重量和體積要非常小巧的傳感器、超大規(guī)模集成電路、油泵、高速閥門、電機(jī)等各種器件、結(jié)構(gòu)材料。

目前，全球各國用于商業(yè)航發(fā)的基礎(chǔ)元器件幾乎無一例外均出自西方航空巨頭之手。對于俄羅斯來說，如果能夠如期在2023年達(dá)成PD-8發(fā)動(dòng)機(jī)ACS系統(tǒng)的批量生產(chǎn)，背后必然會(huì)隱藏著其基礎(chǔ)性行業(yè)驚人的跨越性成就。

顯然，這是一項(xiàng)難度非常高的挑戰(zhàn)。而俄羅斯是否如其所言，確實(shí)做到了“完全國產(chǎn)化”，并且如期實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，我們還需要拭目以待。

關(guān)鍵詞： 俄羅斯宣布 航空發(fā)動(dòng)機(jī)