Битва за скорость. Великая война авиамоторов

Но в 1964 г. начались интриги — министр электронной промышленности А. Шокин и Ф. Старое вошли в конфликт по вопросам дальнейшего развития отрасли, а главный покровитель Староса Хрущев был снят с поста первого секретаря КПСС в октябре того же года. В1974 г. КБ-2 было включено в состав производственного объединения «Светлана» (сейчас АО «Светлана» — «Микроэлектроника» — так называется бывшее КБ-2 Староса). Ф. Г. Старое уехал на Дальний Восток президентом Дальневосточного отделения РАН, где создал институт искусственного интеллекта, а в 1979 г. безвременно ушел из жизни в возрасте 60 лет. Яркая и продуктивная жизнь талантливого инженера, основателя советской и российской школы микроэлектроники.

Но вернемся к авиамоторам. Нельзя сказать, что на двигателях того времени совсем уж не использовалось электричество: искровые системы зажигания, контроль температуры газа за турбиной с помощью термопар, система электромеханических реле — программатор, отрабатывающий циклограмму запуска — все это отдельные электрические и электронные системы. Но в широком смысле для реализации «умного» управления двигателем, включая и мониторинг его состояния по множеству параметров, требовалась принципиально иная система. Система, получившая позднее с легкой руки американцев название FADEC (в просторечии «Фа-дек»), где ключевыми словами являются «Full Authority», т. е. с «полной ответственностью», без какого-либо гидромеханического резерва. Ну а следующие буквы «D», «Е», «С» имеют очевидную расшифровку «Digital» («цифровая»), «Electronic» («электронная»), «Control» (система «управления»). Современная электронно-цифровая управляющая машина авиационным двигателем оперирует 40–50 входными сигналами (дискретными и непрерывными) и порядка 30-ю выходными управляющими сигналами. Частота выдачи решений составляет 50—100 герц, что соответствует частоте среза (пропускаемой частоте) объекта, т. е. двигателя. Но для создания такой машины нужно было разработать не только новые алгоритмы управления и мониторинга, но и встроенные подсистемы самоконтроля, их непротиворечивого взаимодействия, распознавания нормальных и аварийных ситуаций, реконфигурации программ управления в зависимости от состояния двигателя или самолета, резервирования каналов управления и т. д., и т. п.

Наконец, нужно было разработать технологию отладки оказавшегося чрезвычайно разветвленным программного обеспечения системы управления и мониторинга двигателя как на безмоторном стенде, где двигатель заменен математической моделью, так и во время испытаний его на стенде и в полете. Позже оказалось, хотя это можно было предвидеть, что в слаботочных электросетях передачи информации наводятся сильные электромагнитные помехи, например от срабатывания электромагнитов или переменных контактов в штепсельных разъемах из-за вибраций. Пришлось скрупулезно заниматься помехами, особенностью которых была их кратковременность и случайность воздействия и соответственно трудность распознавания, достаточная тем не менее для сбоя программы. Вопросы молниезащиты, вибраций, повышенной температуры и т. д., и т. п. Вместо проблемы обеспечения качества (чистоты и температуры) топлива в гидромеханике на смену пришла, по сути, аналогичная проблема обеспечения качества электропитания.

Как известно, электронные информационные системы позволяют творить чудеса с обработкой большого количества информации, но их субстанция, элементная база, очень чувствительна к окружающей среде, очень «нежна». А двигатель как преобразователь энергии, естественно, «груб» в своих проявлениях, особенно в вибрациях и температуре. Сочетать эти два разнотипных объекта на одной платформе очень сложно.

Короче, необходимо было создать новые отрасли науки и промышленности. С одной стороны, требовалось развитие теории управления авиационными двигателями как специфическими объектами управления, а с другой — создание более надежной элементной базы электронных систем с минимальным количеством контактов, работающей в жестких условиях воздействия окружающей среды на двигателе. То, что эти проблемы не имели очевидного решения, видно из следующей дилеммы, которая возникла сразу же при практической реализации. Где размещать электронный блок, «мозг» системы управления: на двигателе или в приборном отсеке самолета?

При размещении блока в приборном отсеке мы обеспечиваем ему комфортные условия работы, но… при этом информационные линии связи, т. е. провода отдатчиков, установленных на двигателе, имеют большую длину и соответственно много разъемов, потенциальных источников помех и дефектов. При установке электронного блока на двигателе линии связи имеют минимальные длину и количество разъемов, но этот блок необходимо охлаждать и гасить вибрации, передающиеся от корпуса двигателя.

Электронные системы управления двигателем пережили быструю, как и все в авиации, двадцатилетнюю эволюцию от автономных аналоговых, расположенных на самолете с питанием от бортсети, до интегрированных (в систему управления самолетом) цифровых, размещенных на двигателе с автономным электропитанием от собственного генератора. Надо отметить, что в этой инновационной волне отечественная разработка электронных систем началась раньше, чем в США. Как уже отмечалось, это было обусловлено успехами американских фирм в разработке следующего, по сути последнего, поколения гидромеханических систем. В СССР тупик этого направления обозначился раньше. Но вот к «Фадеку» пришли раньше американцы благодаря своей более надежной элементной базе.

Инновационные скачки, или «прыжки», в США, как правило, имеют большую, чем у нас, «высоту». Мы же обычно совершаем подобный переход (транзит) не за один, а за два «прыжка» с соответствующей большей затратой времени. Так было с развитием электронных систем, так было и с переходом к двигателям с большой степенью двухконтурности. В последнем случае переход от степени двухконтурности 1 до 5 в мире произошел одним скачком, а у нас за два скачка. Вначале, как мы помним, появился двигатель Д-30КУ со степенью двухконтурности 2,5, а уж потом — Д-36 со степенью двухконтурности 6. Подобный промежуточный этап намечался было в Великобритании на фирме «Бристоль-Сиддли», где двигатель BS.315, аналог Д-30КУ, уже начал проходить стендовые испытания, но вскоре программа его разработки была закрыта в пользу двигателя «Роллс-Ройс» RB.211 с более высокой степенью двухконтурности 5.

Появление инновационной отрасли с практически неограниченными возможностями обработки информации, получаемой от двигателя, вначале, как всегда, поставило психологическую проблему перед разработчиками двигателей. На вопрос разработчиков систем управления: что вы хотите? — вначале разработчики двигателей пожимали плечами. «Да вроде бы особенно нам ничего и не надо». Долгие годы ограничений возможностей управления двигателями, налагаемых гидромеханической природой регуляторов, приучили разработчиков двигателей обходиться малым. То, чего нельзя было реализовать в автоматической системе управления, записывалось в руководстве по летной эксплуатации (РЛЭ) для бортинженера или летчика. Существовали целые таблицы, по которым в зависимости от внешних условий нужно было устанавливать режим двигателя по оборотам. Как мы помним, еще в 1940-е гг. в документах ВВС отмечалась слабая автоматизация управления двигателем и соответственно большая нагрузка на летчика. Однако перешагнуть через этот барьер оказалось не так просто, как у нас в стране, так и за рубежом. Потребовался новый взгляд на процессы управления в целом. Надо было освоиться в новой ситуации, а для этого тоже нужно время.

И здесь уровень алгоритмических разработок процессов управления у нас в стране в результате оказался по меньшей мере не ниже, чем в США. Во всяком случае, мы не смогли почерпнуть чего-либо нового при знакомстве с американскими разработками. И причина здесь проста: если вы идете от свойств объекта, а не от догм или образцов, то этот имманентный путь развития всегда окажется более обоснованным и, следовательно, продуктивным. Этот путь, кстати, исповедуют и американцы. Автор этих строк был свидетелем, как наши партнеры из «Пратт-Уитни» удивились нашему рассказу о тщательном анализе алгоритмов управления, реализованных в «Фадеке» двигателя FW.2037. С их точки зрения, это совсем не нужно — сам объект «подскажет», как им управлять. И здесь они по большому счету правы. Удачные отдельные схемные, технические решения можно «подсмотреть» и перенять, но системные — нет смысла, они мотивируются реальностью.