日前,俄羅斯伊爾庫特公司正在進(jìn)行MS-21首飛前準(zhǔn)備工作。眾所周知，俄在MS-21項(xiàng)目中引入了多項(xiàng)新技術(shù)，展示了其在民用航空領(lǐng)域較強(qiáng)的系統(tǒng)集成和工程化能力，彰顯出通過發(fā)展世界先進(jìn)水平大型民機(jī)產(chǎn)品、爭(zhēng)奪本國及全球民用航空市場(chǎng)的雄心。MS-21在材料、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)電、航電和飛控等領(lǐng)域引入了多項(xiàng)新技術(shù)，其綜合性能基本達(dá)到A320neo和波音737MAX的水平。此外，MS-21也具有一些自身的特點(diǎn)，如其座艙寬度達(dá)3.82米，超過了A320（3.70米）和波音737（3.54米），保證了良好的空間舒適性；與CFM56-5B等在役發(fā)動(dòng)機(jī)相比，俄為該機(jī)新研的PD-14發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率可減少10%～15%；采用了大量的復(fù)合材料及新工藝，降低了制造和維修成本。MS-21對(duì)俄航空工業(yè)發(fā)展意義重大，許多新技術(shù)在民機(jī)上的應(yīng)用尚屬世界首次。
材料工藝進(jìn)步催生“黑色”機(jī)翼
飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用復(fù)合材料是MS-21技術(shù)上最重要的亮點(diǎn)之一。首先，該機(jī)的復(fù)合材料重量占全機(jī)結(jié)構(gòu)重量的40%左右，在全球干線飛機(jī)中處于最先進(jìn)行列；更重要的是，該機(jī)在世界干線飛機(jī)產(chǎn)品中，首次采用了以非熱壓罐成形工藝制造的復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)。
MS-21應(yīng)用復(fù)合材料最多的部件是機(jī)翼，其中央翼、機(jī)翼翼盒、垂尾翼盒和平尾翼盒均采用復(fù)合材料，由于其顏色為黑色，故機(jī)翼被稱為“黑色”機(jī)翼。在同類飛機(jī)中，金屬材料機(jī)翼的展弦比可達(dá)到10.5，而MS-21機(jī)翼展弦比達(dá)到了11.5，使其巡航狀態(tài)升阻比提高了5%～6%，燃油消耗可降低6%～8%。
在為MS-21研制生產(chǎn)復(fù)合材料部件的過程中，俄OAK旗下的航空復(fù)合材料公司優(yōu)化了制造工藝，引入了用于碳纖維鋪層的機(jī)器人設(shè)備，可在2小時(shí)內(nèi)完成以往傳統(tǒng)工藝20人日的工作量。盡管復(fù)合材料價(jià)格昂貴、生產(chǎn)復(fù)雜，但由于極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，MS-21采用大量的復(fù)合材料部件仍經(jīng)濟(jì)可行。
波音、空客民機(jī)大型復(fù)合材料主承力部件采用傳統(tǒng)的熱壓罐固化工藝，而MS-21采用了非熱壓罐成形工藝，且零件最大尺寸可達(dá)20米×4米。由于取消了熱壓罐，該工藝可降低零件制造人工成本，減少能源消耗、提高生產(chǎn)效率。該工藝以往存在的問題是質(zhì)量控制較難，零件孔隙率控制難，但俄聯(lián)合歐、美企業(yè)解決了這些技術(shù)難題，MS-21成為世界首型采用非熱壓罐成形工藝制造復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)的干線飛機(jī)。
國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)采用多項(xiàng)新材料、新工藝
俄在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域一直落后于美歐。為滿足占領(lǐng)市場(chǎng)需求，伊爾庫特公司為MS-21選擇了美國普惠公司的PW1400G-JM發(fā)動(dòng)機(jī)，并將配裝它首飛。該發(fā)動(dòng)機(jī)已于2016年5月在美國完成取證，計(jì)劃2017年4月開始批產(chǎn)。
同時(shí)，俄也為MS-21研制了PD-14發(fā)動(dòng)機(jī)供用戶選配。該發(fā)動(dòng)機(jī)有8級(jí)壓氣機(jī)和2級(jí)渦輪，涵道比8.5，推力14噸，正開展地面試驗(yàn)。俄工貿(mào)部已為該發(fā)動(dòng)機(jī)的研制撥款544.92億盧布（按2016年9月匯率約合8.5億美元），雖少于其他國家研制同等發(fā)動(dòng)機(jī)的投入，但已超過對(duì)SaM-146發(fā)動(dòng)機(jī)（用于SSJ-100支線飛機(jī)）的投入，主要原因是法國斯奈克瑪公司為SaM-146提供了比較成熟的核心機(jī)，而PD-14是全新研制，應(yīng)用了許多新技術(shù)。例如，全俄航空材料研究院為PD-14研制了20多種新材料，包括發(fā)動(dòng)機(jī)及其短艙應(yīng)用的復(fù)合材料、用于制造葉片的鈦合金等；巴拉諾夫中央航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院為發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)了16項(xiàng)新技術(shù)，包括具有先進(jìn)冷卻系統(tǒng)的高壓渦輪單晶葉片（燃?xì)夤ぷ鳒囟瓤蛇_(dá)2000K）、鈦合金制造的寬弦風(fēng)扇葉片、利用金屬間化合物合金制造的低輻射燃燒室、用復(fù)合材料制造的吸聲結(jié)構(gòu)、熱端部件采用陶瓷基涂層、空心低壓渦輪葉片等。
俄多電飛機(jī)從概念走向?qū)嵱?/strong>
依托MS-21項(xiàng)目，俄在多電飛機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的多項(xiàng)研究成果也走向應(yīng)用，成為提升該機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。該機(jī)的機(jī)電技術(shù)主要由俄“技術(shù)發(fā)展”集團(tuán)開發(fā)，該集團(tuán)按“多電飛機(jī)”理念為MS-21發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)部件及其他設(shè)備主要包括電作動(dòng)反推裝置、電動(dòng)機(jī)輪等。
PD-14發(fā)動(dòng)機(jī)的電作動(dòng)反推裝置由技術(shù)發(fā)展集團(tuán)旗下的電力驅(qū)動(dòng)公司研制，裝配該裝置后的PD-14試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)將在伊爾-76LL空中試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)。此前，俄是利用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)反推裝置，使用電作動(dòng)裝置后不僅能減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，還可以使航空公司降低大約4%的燃油消耗，并可提高使用和維護(hù)性。此類系統(tǒng)在俄尚屬首次研制，其他國家也剛應(yīng)用不久。
在2015年的莫斯科航展上，技術(shù)發(fā)展集團(tuán)展示了可在無輔助動(dòng)力的情況下使飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)輪。根據(jù)歐洲民航法規(guī)的規(guī)定，機(jī)場(chǎng)的飛機(jī)禁止在滑行移動(dòng)時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，因此要求用“電動(dòng)機(jī)輪”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的起落架機(jī)輪驅(qū)動(dòng)方式，提高發(fā)電機(jī)和輔助動(dòng)力裝置的功率，使之能夠在地面發(fā)動(dòng)機(jī)停車情況下讓電動(dòng)滑行系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等都處于工作狀態(tài)。
俄技術(shù)發(fā)展集團(tuán)還為MS-21研制用于燃油系統(tǒng)的電動(dòng)裝置、新的發(fā)電系統(tǒng)、電作動(dòng)的機(jī)翼增升系統(tǒng)以及起落架支架所需的其他電動(dòng)部件。因此，MS-21項(xiàng)目拉動(dòng)俄向“多電飛機(jī)”方向邁出了新的一步，對(duì)于提升飛機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、帶動(dòng)俄多電飛機(jī)技術(shù)的發(fā)展起到重要作用。
新一代綜合航電和主動(dòng)側(cè)桿技術(shù)
MS-21引入的其他新技術(shù)包括俄研制的新一代綜合航電系統(tǒng)，以及來自美國的主動(dòng)側(cè)桿控制技術(shù)。
航電技術(shù)一直是俄民機(jī)的短板，此前的SSJ-100支線飛機(jī)配裝的幾乎全是國外產(chǎn)品。為了推動(dòng)本國民機(jī)航電技術(shù)的發(fā)展，俄為MS-21研制了國產(chǎn)化新一代綜合航電系統(tǒng)，采用了國際上通用的開放式架構(gòu)，性能和功能基本與國際先進(jìn)水平接近，該系統(tǒng)已在2014－2015年進(jìn)行了地面和飛行試驗(yàn)。
在飛控系統(tǒng)方面，MS-21的最大亮點(diǎn)是在電傳飛控系統(tǒng)中采用了主動(dòng)側(cè)桿控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在降低重量的同時(shí)，還可提高駕駛安全性。該主動(dòng)側(cè)桿控制系統(tǒng)由美國聯(lián)合技術(shù)航空航天系統(tǒng)公司研制。在MS-21上，該系統(tǒng)使用兩個(gè)控制器，可為飛行員提供有效的跟蹤互動(dòng)與必要的修正，使飛行更加安全。目前，用于MS-21的主動(dòng)側(cè)桿控制系統(tǒng)已在法國菲雅克的模擬器上完成地面試驗(yàn)檢測(cè)。預(yù)計(jì)未來該系統(tǒng)將與MS-21同時(shí)得到歐洲航空安全局的認(rèn)證。如一切順利，MS-21將成為世界上首型采用主動(dòng)側(cè)桿控制技術(shù)的大型商用飛機(jī)。