Битва за скорость. Великая война авиамоторов

Первой действующей электронной системой управления двигателем в нашей стране была Электроника-300, аналоговая система (на лампах) для управления двигателем Р15БФ2-300. Индекс «300» обозначает здесь принадлежность к разработке ОКБ-300 («микулинское»). Технический уровень ее оставлял желать лучшего, но это была пионерская разработка. Как уже упоминалось, к 1970 году необходимость разработки электронно-цифровых систем управления авиационными двигателями уже осознавалась не только на передовом инженерном уровне, но и на уровне «начальников», т. е. Минавиапрома. В самом деле, существовал некий парадокс — ракетная техника была насыщена электроникой, а авиационная — нет. Неудивительно поэтому, что первоначально обратились за опытом и к разработчикам стратегических ракет в части выбора архитектуры бортовых ЭЦВМ.

И все-таки поскольку первоначально будущую бортовую ЭЦВМ собирались размещать в приборном отсеке самолета, то в разработке первых бортовых ЭЦВМ для управления двигателем активное участие приняли специалисты НИИ АП (авиационного приборостроения). Это было крупное предприятие, но из другого Главка Минавиапрома. Почти одновременно в 1970 г. в Минавиапроме была принята и специальная программа разработки электронной системы управления, получившая название «Атлант». Это было движение к решению проблемы не от самолета, а от двигателя. Ведь, в сущности, интегрированная система управления двигателем на самолете есть интерфейс между двигателем и самолетом. Головным разработчиком этой системы от двигателя было определено агрегатное КБ в Перми, главным конструктором которого был А. Ф. Полянский, который, к сожалению, рано ушел из жизни (в 1973 г., не дожив до 60 лет). Забегая вперед, следует отметить, что генеральным направлением развития бортовых электронно-цифровых систем управления двигателями стало стремление к размещению их на двигателе, а не в приборном отсеке. Отсюда определяющим стало знание двигательной специфики. Поэтому после разработки в НИИ АП системы ЭСУД-32 (что очевидно означает «электронная система управления двигателем») для двигателя НК-32 дальнейшая работа в этом направлении в НИИ АП прекратилась.

Пермское агрегатное КБ постепенно возникло уже после войны (вначале как филиал московского, а в 1957 г. как самостоятельное) на базе эвакуированного из Москвы номерного (№ 33) карбюраторного завода вместе с московским же ОКБ-315. Этот завод и КБ были эвакуированы не на пустое место, а на производственную площадку построенного до войны карбюраторного завода-дублера № 339, «прикрепленного» к расположенному по соседству моторному заводу № 19. Как и большинство московских предприятий, ОКБ-315 позже реэвакуировалось обратно в Москву, на свою площадку на улице «Правды», но кое-какие «семена», некоторая проектная школа, осталась в Перми. Во время войны здесь в ОКБ в Перми работал, в частности, тогда молодой, а позже известный ученый в области систем управления Л. А. Залманзон (1916–1989). Широко известны его «Беседы об автоматике и кибернетике». Позже, перейдя в систему Академии наук (Институт проблем управления), он занимался пневмоникой, т. е. созданием эффективных элементов счетно-решающих устройств и систем управления не на гидравлическом, а на воздушном, т. е. пневматическом, или струйном, принципе. Недостатки гидромеханических систем были известны, и в качестве альтернативы им выступали пневмонические системы как в части счетно-решающих, так и силовых (пневмоцилиндры управления) устройств. Ведь воздуха в воздушно-реактивном двигателе всегда достаточно любого уровня давления. Такие системы управления двигателями (например, запорожскими Д-18 для Ан-124, Д-36 для Як-42) в свое время были созданы одним из агрегатных КБ (в Омске), специализировавшимся на этих системах.

Для создания школы проектирования сложных систем иногда достаточно наличия одного крупного ученого или конструктора. Такими были и Брилинг, и Старое, и Швецов. Залманзон принадлежал к этому же ряду, хотя в Перми он работал недолго. Его учебник по автоматике авиационных двигателей стал на долгое время такой же классикой, что и учебник Стечкина по теории ВРД.

Так совпало, что в Перми независимо, но одновременно в начале 1970-х гг. стали разрабатываться вскоре оказавшимися инновационными и востребованными программы создания нового двигателя для перехватчика и электронно-цифровых систем управления двигателями. Сама судьба должна была свести их вместе, что и произошло. Более того, возник синергетический эффект: двигатель — объект управления имманентно стал конкретно определять облик будущей системы (ускоряя тем самым процесс ее создания), а электронно-цифровая система придала двигателю новое качество. Последнее определялось предельностью реализованных в двигателе параметров, поддерживать которые старыми гидромеханическими системами с нужной точностью было невозможно. Синергетический эффект произвело и географически близкое расположение (три трамвайные остановки) моторного и агрегатного КБ: любые спорные технические вопросы решались очень быстро.

История создания советской бортовой цифровой мини-ЭВМ управления газотурбинным двигателем требует отдельного изложения, которое не входит в нашу задачу. Отметим лишь, что одной из главных проблем функционирования этих систем оказалась идентификация логического отказа. То, что для надежности необходимо делать систему двухканальной, это было понятно сразу. То, что необходимо было вводить систему самоконтроля, — тоже не вызывало сомнений. Но любой внутренний контроль в принципе не может обеспечить 100 % охвата совершаемых логических операций. Всегда существует ненулевая вероятность возникновения неконтролируемого отказа, в результате чего возможно самопроизвольное изменение режима работы двигателя. Это может привести к аварии и даже катастрофе. Примеры таких опасных ситуаций известны. Как обычно, «по закону подлости» это происходит в самый ответственный момент демонстрации новой техники. Так произошло и с самолетом Ту-204, когда он отправился в первый предкоммерческий полет по маршруту Москва — Сочи с журналистами на борту и на обратном пути совершил вынужденную посадку в Ростове из-за самопроизвольного увеличения режима работы двигателя с последующим его выключением летчиком. И это происходит не только с нашими самолетами. Случай, подозрительно похожий на только что описанный, произошел и при посадке аэробуса А-310 в Иркутске, когда уже при рулении по полосе «неожиданно» увеличился режим работы двигателя и самолет снес забор. Возникают вопросы и в случае «исчезновения» французского А-330 над Атлантикой. Конечно, работа над повышением надежности электронных систем управления двигателями продолжается и обратного пути нет: двигатели стали очень сложными.

Сегодня мы вновь стоим на пороге «электрического» инновационного прорыва в авиации. Но в этот раз не только информационные связи становятся электронными, но и силовые. Современный самолет является чрезвычайно энергонасыщенной системой. Отсюда и высокий уровень потребляемой мощности, основным источником которой является двигатель. При этом среда, передающая мощность от двигателя к самолету и обратно, имеет разную природу: и молекулярную (гидравлика и пневматика), и электронную (электричество). В первом случае для передачи мощности требуются гидронасосы с гидравлическими магистралями большой протяженности под давлением или воздушные трубы большого диаметра тоже под большим давлением. Особенно «толстой» является воздушная магистраль для подвода сжатого воздуха от вспомогательной силовой установки (ВСУ) самолета к воздушному стартеру на двигателе. Ее всегда можно легко идентифицировать при взгляде на «раздетый» двигатель (без обтекателя-мотогондолы). Все это не только снижает надежность и боеживучесть самолета, но и загромождает пространство вокруг двигателя, увеличивая диаметр его мотогондолы и тем самым внешнее сопротивление силовой установки в целом. Кроме того, для привода тех же гидронасосов или топливного насоса необходима коробка передач с большим количеством шестерен, смазкой и т. п. атрибутами. Наконец, сам механический привод всех этих агрегатов осуществляется от вала ротора высокого давления с помощью длинного валика малого диаметра, и эта длина тем больше, чем больше степень двухконтурности, — агрегаты обычно располагаются на внешнем обводе двигателя. А при большом отношении длины к диаметру этот валик теряет жесткость и возникают проблемы резонансного режима работы. Все эти проблемы усугубляются с увеличением степени двухконтурности двигателя. Последнее, как мы уже знаем, является генеральной тенденцией развития двигателей для дозвуковых самолетов.