Валерий Августинович - Битва за скорость. Великая война авиамоторов

• Название: Битва за скорость. Великая война авиамоторов
• Автор: Валерий Августинович
• Издательство: М. : Яуза : Эксмо, 2010. — 448 с.: ил.
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2010
• ISBN: 978-5-699-43214-1

Борьба за господство в воздухе — это прежде всего ВОЙНА МОТОРОВ. Опыт Второй Мировой показал, что именно превосходство в скорости является решающим фактором в воздушном бою, а отставание СССР в моторостроении стало главной «ахиллесовой пятой» наших ВВС в Великой Отечественной войне. Вся история авиации есть ожесточенная БИТВА ЗА СКОРОСТЬ, а значит — за мощность авиадвигателей, по праву считающихся вершиной технологии и доказательством научно-технической состоятельности государства.

Эта книга — первое серьезное исследование великой войны моторов, продолжавшейся весь XX век и определившей развитие авиапромышленности, — от первых поршневых двигателей до новейших газотурбинных, от неуклюжих «этажерок», летавших со скоростью мопеда, до гиперзвуковых стратосферных суперджетов последнего поколения. Будучи признанным авторитетом в области проектирования авиационных двигателей с более чем 40-летним стажем, автор лично участвовал в этой битве за скорость, а его книга не только в высшей степени компетентна, но еще и на редкость увлекательна, читаясь как захватывающий технотриллер.

---

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.

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.