Чтение онлайн

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.

Избавиться от всех этих проблем одним махом можно, переведя все агрегаты на «электрическую тягу». Тогда для проектировщиков двигателей наступит «золотая эра» без труб, насосов, механической коробки передач, смазки! Но для начала, как всегда, надо посчитать, что у нас имеется. На типичном магистральном самолете, рассчитанном на 150 пассажиров, имеется четыре источника мощности [69]: сам турбореактивный двигатель с электрогенератором, гидронасосами и сжатым воздухом (противообледенительная система, запуск двигателя и кондиционирование воздуха в салоне) с общей мощностью отбора 250–400 кВт, вторичный энергоузел на топливных элементах мощностью 150–250 кВт, обеспечивающий только электропитание и пневматику (без гидравлики), резервная воздушная турбина с приводом от набегающего потока воздуха в полете (в случае отказа двигателя) мощностью 30–40 кВт, обеспечивающая аварийное электропитание и гидроуправление самолетом (шасси и закрылки), и, наконец, аккумуляторные батареи мощностью 1–2 кВт для аварийного электропитания только авионики и освещения.

Как же сделать «электрический» самолет и соответственно «электрический» двигатель? Надо поставить мощный и сравнительно легкий электрогенератор с прямым приводом от вала ротора низкого давления, точнее, от турбины низкого давления. Игра стоит свеч.

Название хорошего романа может стать и часто становится метафорой исторической ситуации, отсылая ее к контексту романа. Так произошло и со знаменитым романом Фенимора Купера, заголовок которого мы использовали для названия настоящей главы. Единственным отличием от первоначального названия является закавычивание имени индейского племени. «Могикане» здесь — не индейское исчезающее племя, а уходящее с исторической арены поколение настоящих инженеров зрелой фазы инновационной волны развития авиационных двигателей. Уходящее поколение со своей этикой. Как мы уже отмечали, вслед за энтузиастами и инженерами идет третье поколение — поколение жестких финансовых менеджеров, слабо разбирающихся в технике, а процесс проектирования двигателей становится суммой технологий.

Пассажирская реактивная авиация существует 50 лет, а именно с 1954 г., когда первый реактивный самолет «Комета-4» разработки английской частной компании «Де Хэвиленд» начал эксплуатироваться на регулярных линиях. Судьба этого самолета и компании печальна: после ряда катастроф (в частности, разгерметизации прозрачного люка в потолке пассажирской кабины, предназначенного дизайнерами салона для… наблюдения звездного неба) проект прекратил свое существование, а компания разорилась. Другая английская компания «ВАС» (British Aircraft Corporation) продержалась с государственной помощью до середины 1970-х гг., выпустив в эксплуатацию линейку удачных машин, более или менее успешно конкурируя с «Боингом» и «Дугласом». Однако долго конкурировать с американским авиапромом на мировом рынке Великобритания не смогла. И это понятно: силы несопоставимы. США — это ведущая морская и авиационная держава, причем не только в технологическом и финансовом плане, но и в инновационном (одно имя Нортроп чего стоит). Кстати, именно по причине своего авиационного доминирования США в свое время и «пропустили» старт в космическом соревновании, и приняли неудачную «самолетную» схему космического челнока. США дожили до того, что у них не стало собственного ракетного носителя: Атлас-5 для своей первой ступени использует российский двигатель РД-180, без которого эксплуатация этой ракеты просто невозможна — не хватает тяги для старта ракеты с более надежным (и более тяжелым) несущим «жестким» корпусом (изначально ракета проектировалась с нежестким корпусом, наддуваемым при работе двигателей).

Точку в конкуренции с Великобританией поставил Боинг своей моделью «Боинг-747» (1970 г.). По своему опыту пассажира автор этих строк считает этот самолет лучшим в мире, лучше всех последующих моделей «Боинга», включая «летающий сарай» «Боинг-777». Попытка европейцев, в первую очередь французов, помнящих свое историческое первенство в авиации, обогнать США в инновационном проекте сверхзвукового пассажирского самолета (СПС) закончилась коммерческим крахом англо-французского «Конкорда». Но и США здесь так и не смогли предложить работающую альтернативу (американский СПС «Боинг-2707» остался в проекте). Единственное, что предприняли США вдогонку, — это мелкую месть в виде запрета посадки «Конкорда» в аэропорту Нью-Йорка якобы по экологическим соображениям чрезмерного шума.

Только после объединения европейских усилий в компании Airbus (1970-е гг.) и придании ее проектам статуса жизненно важных с беспрецедентной господдержкой объединенная Европа стала успешно конкурировать с США. Ее первый новый продукт — франко-германский аэробус А-300 с американскими двигателями General Electric позиционировался как «воздушный автобус» большой вместимости, по сути, на региональных трассах типа Париж — Тулуза или Франкфурт — Мюнхен. Автору приходилось летать как раз на этих трассах на этом «сарае», иначе не скажешь — настоящий автобус. О какой-то тонкой «оптимальности» проекта говорить не приходится, главное — выполнение функции массовых перевозок наиболее дешевым способом. Двигатель поставили, какой был в наличии, обслуживание на борту — минимальное: воду даже не успевают всем разнести за время полета. На А-300 отрабатывалась технология международного сотрудничества и производства полного цикла создания современного самолета. Для обеспечения этого успеха, в частности, была создана сетевая научная структура, в которой в рамках исследовательских программ было задействовано большинство европейских научных институтов, а не только авиационного профиля. Сегодняшний амбициозный, статусный и суперрисковый проект А-380 должен показать, выиграли европейцы конкуренцию у США или нет.

Советская гражданская реактивная авиация стартовала практически одновременно с английской: в июне 1955 г. автор лично наблюдал на воздушном параде в Тушино пролет первого пассажирского реактивного самолета Ту-104. Это был вполне хороший самолет. Вообще, можно как угодно относиться к нашей авиации, но советская и сегодня российская авиация не знала таких скандальных катастроф из-за конструктивных дефектов, какие были у американцев. Вот только три известных примера: взрыв центрального топливного бака на В-747 в наборе высоты при вылете рейсового самолета из Нью-Йорка в 1996 г. (все пассажиры погибли), отрыв двигателя от крыла из-за поломки болта передней подвески на самолете DC-10, разгерметизация грузовой кабины с вылетом грузового люка и части фюзеляжа с девятью пассажирами на самолете В-747 и, наконец, недавнее (2009 г.) «исчезновение» над Атлантическим океаном французского А-330 с более чем 200 пассажирами на борту.

Начало эксплуатации В-747 через Тихий океан началось вообще с беспрецедентного решения: четырехдвигательный флагман пассажирского воздушного флота США имел на борту запасной двигатель, притороченный со снятым вентилятором к фюзеляжу с внешней стороны наподобие запасного колеса у автомобиля. «Продуваемый» набегающим потоком воздуха двигатель без снятого и уложенного в самолет вентилятора создавал бы большое аэродинамическое сопротивление. Можно себе представить реакцию современных СМИ на аналогичное решение, если бы оно было принято применительно к российскому самолету. Перечень американских, да и европейских авиационных провалов можно было бы продолжить. Чего стоит, например, «гордость» английской авиации, региональный четырехмоторный (!) самолет ВЕА-146, на котором по Европе летал Тони Блэр, или самоубийственный американский конвертоплан V-22 «Оспри» для морской пехоты. Все эти издержки технической мысли покрываются государством.

Основным критерием качества магистральной авиации является экономичность перевозок, оцениваемая по параметру затрат топлива при перевозке одного пассажира на один километр, т. е. грамм топлива/пасс. км. За пятьдесят лет этот расходный показатель уменьшился от 70–90 у самолетов Ту-104 и «Комета-4» до 20 (самолеты Ту-214 и А-320), т. е. в четыре раза. И главную роль здесь сыграл технический прогресс в двигателестроении — повышение температуры газа перед турбиной и связанное с ним увеличение степени двухконтурности. А отсюда и повышение кпд двигателя.