近日，俄羅斯國家技術集團（Rostec）宣布，他們已經(jīng)完成了新型PD-8發(fā)動機自動控制系統(tǒng)（ACS）的研發(fā)工作，僅用時一年半時間。

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)。”

PD-8發(fā)動機是PD-14發(fā)動機的衍生型號，推力較PD-14小一些。

對抗封鎖，國產(chǎn)化為第一要務

之所以在眼下這一時間節(jié)點公布這一消息，是因為PD-8這套“國產(chǎn)化”ACS系統(tǒng)的推出帶有非常強烈的應急色彩。

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PD-14家族發(fā)動機項目的延續(xù)是至關重要的工作。因此，提升發(fā)動機關鍵系統(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、性能指標是否有所提升等則屈居其次。

SSJ-100支線客機是PD-8發(fā)動機未來主要的裝機對象。

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

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

別-200水上飛機未來也可能換裝PD-8發(fā)動機。

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)動機將替換法俄聯(lián)合研制生產(chǎn)的SAM-146發(fā)動機，完成SSJ-100“完全國產(chǎn)化”上的關鍵一環(huán)，恢復生產(chǎn)交付工作。而從長期來看，這一工作也將是俄羅斯加速實現(xiàn)航空工業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的關鍵環(huán)節(jié)之一。

作為發(fā)動機核心的ACS系統(tǒng)

Rostec提到的ACS系統(tǒng)實際上就是國內(nèi)經(jīng)常提到的全權(quán)限數(shù)字發(fā)動機控制系統(tǒng)（FADEC）。

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

此時，發(fā)動機控制系統(tǒng)的重要性就顯現(xiàn)出來了：它不僅能根據(jù)設計者制定好的指令，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)動機為代表的全球第三代數(shù)字化發(fā)動機控制系統(tǒng)中，其控制的功能能達到20個以上。

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

傳統(tǒng)的“機械-液壓”調(diào)節(jié)裝置已經(jīng)難以同時應付如此復雜的發(fā)動機了。

壓氣機溫度傳感器

葉片轉(zhuǎn)速傳感器

電子控制器

另一方面，當發(fā)動機變得越來越精密，維護、檢修工作的難度也越來越大。

因此，精確監(jiān)控多個部件的工作狀態(tài)，對發(fā)動機的潛在故障進行預測、警示，已經(jīng)成為保障發(fā)動機正常使用的剛性需求。

基于這些變化和需求，在當代的先進發(fā)動機控制系統(tǒng)設計中，純粹的控制功能往往占比只有20%甚至更低；其余80%甚至更多的設計工作，都是為了更好地滿足發(fā)動機維護、管理的各種需求。

可以說，沒有優(yōu)秀的發(fā)動機控制系統(tǒng)，就稱不上一臺可靠、強大的發(fā)動機。在大中型發(fā)動機上，控制系統(tǒng)的研制費用一般占整個發(fā)動機系統(tǒng)研發(fā)費用的15%~20%；對小型發(fā)動機來說，這一比例更可高達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)動機控制系統(tǒng)成為了當下全球的發(fā)動機主流設計選擇，俄羅斯PD-8發(fā)動機的ACS系統(tǒng)也一樣。

“基本功”扎實，短板也明顯

從既往的發(fā)動機型號來看，俄羅斯在航空發(fā)動機基礎研究和設計上的“基本功”非常扎實。他們對于航空發(fā)動機在各種工作狀態(tài)下，各個區(qū)域的氣流和燃燒狀態(tài)差異、各個不同部件如何協(xié)調(diào)工作才能得到最好的效率......諸多關鍵因素，都有相當深刻的了解。

而且，對于俄羅斯航發(fā)的技術骨干團隊來說，更先進的發(fā)動機控制系統(tǒng)一直是其樂意且擅長學習的領域——俄羅斯學習、引進當代發(fā)動機控制系統(tǒng)的過程正說明了這一點。

拉扎克發(fā)動機

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

作為一款材料老舊、設計過時的小型發(fā)動機，拉扎克的基礎設計極易被掌握。但同時，該發(fā)動機又是一臺雙轉(zhuǎn)子的渦扇發(fā)動機——這意味著它與今日的各種主流、先進渦扇發(fā)動機具備高度相近的基礎構(gòu)架。

因此，對俄羅斯來說，引進拉扎克發(fā)動機的最大意義就是以其為平臺，獲得一個簡單易懂、且方便推廣到其他型號的試驗平臺，并讓法國人“手把手”地教他們怎么設計數(shù)字化的發(fā)動機控制系統(tǒng)。

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

但對PD-8發(fā)動機的ACS系統(tǒng)來說，最大的短板并不在于航空相關系統(tǒng)的設計工作，而在于更加基礎的行業(yè)能力如材料、機電、電子電氣制造等更方面，尤其是從設計研發(fā)轉(zhuǎn)入量產(chǎn)階段。

航空發(fā)動機的工作環(huán)境極為嚴苛，作業(yè)時長和頻率也較高，ACS系統(tǒng)也同樣面臨著極高的作業(yè)要求，涉及的基礎元件包括大量能適合極高工作溫度和劇烈振動、同時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年達成PD-8發(fā)動機ACS系統(tǒng)的批量生產(chǎn)，背后必然會隱藏著其基礎性行業(yè)驚人的跨越性成就。

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

關鍵詞： 俄羅斯宣布 航空發(fā)動機