Русский "невидимка" в свете информационных технологий-2

Продолжая разговор про российский самолет пятого поколения, посмотрим на его "сердце – огненный мотор". Управление двигателями требует сложнейших математических моделей и весьма значительных процессорных мощностей.

Предыдущая статья

Одним из родовых признаков боевого самолета пятого поколения является способность переходить на сверхзвуковые скорости полёта без форсажа, – то есть без подачи топлива в форсажную камеру двигателя, расположенную за турбиной, – в крейсерском режиме. Форсаж плох тем, что при сжигании керосина в форсажной камере резко растет расход топлива, а инфракрасные и оптические сигнатуры (напомним, что главнейшей чертой является невидимость) прыгают до совершенно неприличных величин – за кормой аэроплана же тащится гигантский факел. Но способность летать на сверхзвуке на крейсерском режиме, когда всё горючее сгорает перед турбиной, в камере сгорания, – что и экономичней, и дает возможность, подмешав воздуха из наружного контура, снизить инфракрасные и акустические сигнатуры, стать менее заметным и шумным, – предъявляет особенно жёсткие требования к двигателям. Такую возможность американскому истребителю завоевания превосходства в воздухе Raptor F-22 дают установленные на нём турбореактивные двигатели Pratt&Whitney F119-PW-100. Шведский лёгкий многоцелевой истребительSaab JAS 39 Gripen, популярный в Восточной Европе, – его купили чехи и мадьяры, – может без форсажа пробивать звуковой барьер, правда с минимальной нагрузкой, вообще без вооружения. Способность летать на сверхзвуке в крейсерском режиме продемонстрировал в 2008 году и предшественник Т-50 – отечественный истребитель-бомбардировщик Су-35 (Т-10БМ).

Относительно двигателей самолёта Т-50 высказывались самые разные мнения. Ещё в августе 2009 года Главком ВВС РФ Александр Зелин говорил, что пока новый истребитель будет летать с двигателем четвёртого поколения от НПО "Сатурн". Речь, видимо, шла о двигателе 117С, модернизированном варианте АЛ-31Ф, производимого для Су-27 и созданного ещё выдающимся конструктором-двигателистом Архипом Михайловичем Люлькой. Именно изделие 117, с увеличенным ресурсом и тягой, вектор которой может ещё и управляться, разогнало Су-35 до сверхзвука на крейсерском режиме.

Но вот в сообщениях о первом полёте Т-50 было сказано, что самолет пошёл в небо с принципиально новым двигателем, только что прошедшим испытания на летающей лаборатории. У этого двигателя, по словам управляющего директора НПО "Сатурн", директора программ для ПАК ФА Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК) Ильи Федорова, повышенная, по сравнению с двигателем для Су-35, сила тяги и сложная система автоматизации, которая заложила в самолёт новые качества, в том числе сверхманевренность. Более детальные характеристики по понятным причинам режимного свойства не приводились, но имела место инвектива в адрес "специалистов", полагавших, что речь идёт только о модернизации старого мотора.

Не вдаваясь в увлекательную и традиционную распрю между "промышленниками" и "заказчиками" – получается, что пять месяцев назад Главком ВВС был не в курсе продвижения работ у двигателистов, – остановимся на ИТ-аспектах нового двигателя. Упомянутая господином Федоровом "сложная система автоматизации" наверняка цифровая. Кинематически работа турбореактивного двигателя кажется куда проще, чем у двигателя внутреннего сгорания – нет ни коленчатых, ни распределительных валов, бегающих туда-сюда поршней и шатунов. Но теория его работы куда сложнее – воздух, закрученный лопатками компрессора, летит на таких режимах, которые трудно назвать просто турбулентными. Горение топлива – это же цепная реакция по Семёнову, которую нужно удерживать в определённых рамках при всех режимах работы двигателя. Сгорание смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания это практически объёмный взрыв "вакуумной бомбы". А процессы в камере турбореактивного двигателя соотносятся с ними ну почти как взрыв водородной бомбы с управляемой термоядерной реакцией, которую атомщики обещают политикам уже больше полувека… Так что управление двигателями требует как сложнейших математических моделей, так и весьма значительных процессорных мощностей. А кроме этого нужны датчики, работающие в крайне жестких режимах по температурам и давлениям. Нужны очень надежные шины, гонящие сигналы от датчиков к системе автоматики и обратно, к исполнительным органам. Нужна архитектура, отрабатывающая прерывания с максимальной скоростью. Естественно, все эти узлы и системы проектировались, конструировались и отрабатывались с широчайшим применением систем автоматизированного проектирования и производства. Модели, нужные для проектирования, много подробнее. Отметим, что в 2008 году на "Сатурне" был запущен крупнейший на тот момент в промышленности России суперкомпьютер на 1344 четырёхъядерных процессорах Intel Xeon, производительностью в 14,3 терафлопса.

Но вот есть ещё один аспект, о котором хотелось бы поговорить. Спроектированный и сконструированный двигатель надо произвести. При этом задействуется металлообработка жаростойких и высокопрочных сплавов. И для того чтобы эта металлообработка была высокопроизводительной, очень часто задействуются режимы адаптивного резания. То есть автоматика в станке не только заменяет токаря или фрезеровщика (что обычно делают системы ЧПУ – числового программного управления) но и с огромной скоростью учитывает систематические и случайные факторы, влияющие на процесс резания, и выбирает оптимальные режимы скорости резания и подачи инструмента. Идея такого подхода принадлежит профессору Борису Сергеевичу Балакшину (скончавшемуся в 1974 году и ещё до войны разработавшему теорию размерных цепей, сыгравшую заметную роль в организации массового производства вооружений в годы Великой Отечественной войны). Изложил он его в вышедшей в 1973 году в издательстве "Машиностроение" книге "Адаптивное управление станками". Опять, как и в случае технологии stealth, отечественный приоритет! (Правда, о лауреате Ленинской премии Б.С.Балакшине нет даже коротенькой статьи в Википедии…)

Только вот пока мы развлекались новым мышлением, гласностью и приватизацией, по миру прошла микропроцессорная революция. Различные варианты методов, предложенных некогда Балакшиным, прижились в станках разного рода и размера, от всевозможных производителей. И благодаря адаптивным методам скорость резания очень существенно возросла. Но вот с покупками этих станков на самом что ни на есть свободном и глобализированном рынке, бывают проблемы. Друзья автора этих строк, пытавшиеся купить высокопроизводительное оборудование для своего сугубо сантехнического производства (родимые коммунальщики легко учинят такой гидроудар, что никаким двигателям не под силу…) обнаружили, что не смогут этого сделать. Никаких формальных запретов, но – нет обслуживания; не распространяются гарантии и прочее… Ведь не обязательно бить потенциального конкурента по голове ломом, можно душить шелковым платочком или подсыпать в кофий алмазную пыль…

Сантехникам то что – для своих сбытовых сетей в России они разместили производство в Китае (для тех ограничения много слабее). Двигателистам же проблемы обработки высокопрочных и жаростойких материалов, вероятно, пришлось решать другими способами. Но первый полёт Т-50 с новыми двигателями говорит, что каким-то образом эти проблемы решены. Будем надеяться, что серийное производство нового мотора покажет, что решены они кардинально. Лучшим выходом было б освоение оборудования для скоростной обработки металлов в России, но и это совсем иная история…