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民航发动机迎来首颗国产“大脑”
来源:中国民航网2022-09-09 15:20:00
 

8月18日上午,江苏无锡,中国民用航空适航审定中心和芜湖钻石航空发动机有限公司共同开展了一项具有里程碑意义的工作:我国首套进入适航审定流程的民用航空活塞发动机电子控制系统顺利完成验证工作。这标志着通航产业民航活塞发动机迎来首个国产“大脑”,进入全国产化时代。这既是芜湖钻石航发研制的国产AEC2.0L活塞发动机审定取证的关键一步,更使我国航空发动机电控系统适航验证实现了零的突破。

破冰跨国企业垄断 不再被“卡脖子”

AEC2.0L活塞发动机最大起飞功率123.5千瓦,最大批准飞行高度1.8万英尺,计划装配我国自主研制的CA42通航机型。CA42是芜湖钻石航空发动机有限公司的股东方着手通航布局的重要型号,符合国际主流通航机型的发展方向,可以广泛应用于航空设备测试、航校培训、私人飞行等诸多领域。在中国民用航空与通用航空“两翼齐飞”的努力中,这款机型有机会大显身手,而这有赖于一款可靠、符合民航适航要求的发动机。

如果把航空发动机比作带着飞机起飞的“大力士”,控制系统就是“大力士”的“大脑”。现代民机航空发动机已广泛使用电子控制系统,有了自主可控的电控系统,才能有真正自主可控的国产民机航空发动机。

长期以来,民机的活塞发动机电控系统市场被个别跨国企业垄断,国产产品尚属空白。“外方供应商给我们的报价奇高,对需求的响应极慢,这导致之前国产型号项目电控系统采用国外供应商产品存在取证后的难题。适航审定中心在提前介入项目的时候就坚定要求,AEC2.0L航空发动机必须开发国产电控系统,就是不想再被‘卡脖子’。”顺利完成验证试验当天,芜湖钻石航发副总经理郑君对记者如是说。

以我国的工业水平,单纯研制一款有国产“大脑”的国产活塞航空发动机并不是最难的。但要让研制出的活塞发动机和电控系统满足现代民航业需求,具有国际主流水准和市场竞争力,能在民航主流市场上“飞起来”,就必须严格遵循民航适航审定规范,走完适航取证流程。而无论是发动机整机还是电控系统,如是走完流程,此前在国内还是空白。面对空白,更需要适航审定中心以理念融合、人才融合、服务融合、标准融合、工作融合“五个融合”为引领,支持民机制造业全力破冰。

围绕AEC2.0L发动机,适航审定中心早已启动各领域的支持工作,从2017年型号研发开始就与芜湖钻石航发进行了人员交流和挂职。2019年2月,芜湖钻石航发向适航审定中心提交协调函,希望中心前期介入适航取证。2019年11月,民航局适航司正式受理AEC2.0L发动机的适航审定申请。

随着适航审定的推进,比起其他部件,控制系统这个“大脑”的瓶颈问题日益凸显。“本项目控制系统的研制工作起步较晚,且国内活塞发动机控制系统相关技术和产业长期被国外企业垄断,导致国内产业基础薄弱,技术人才匮乏,申请人经验不足,开发体系流程欠缺,严重制约了控制系统的开发进度,影响了项目整机试验和系统试验计划实施。”项目审查组组长侯小宇如是描述,言辞中压力扑面而来。

越是承压,越意味着“卡脖子”的程度和难度。而且给国产民机航空发动机配置国产“大脑”,突破“卡脖子”难题,这款活塞发动机电控系统是第一个,可以带动我国更多大型航空发动机研发。对此,适航审定中心给出的回答是:迎难而上。在民航局适航司的指导下,适航审定中心制定了“小发带大发,系统带整机”的路径规划,针对不同民用航空产品复杂系统及其软硬件研制与审定标准、原理的高度一致性,利用小型航空活塞发动机电控系统及其软硬件的研制和审定,带动今后涡轴、涡桨、涡扇等大型民用航空发动机复杂系统及其软硬件的研制和审定,为国产民机航空发动机解决“卡脖子”难题助力。

连改四版说明 为航发“大脑”厘清设计源头

AEC2.0L发动机、特别是发动机电控系统要适航取证,关键点在于电控系统的总起之时编写需求说明与收官之际实施验证试验:前者需要为电控系统从源头做好指引,按照适航的规范标准,编写精确的需求说明,用以指引研制供应商准确地开发系统;后者则要求开发出的系统能够切实经受审查代表根据适航标准的验证试验。

“申请人缺乏控制系统需求编制和分配经验,缺少完善的体系保障;申请人缺少EMI(磁场干扰)/HIRF(高强辐射场)和雷电等系统级试验经验;国内无航空发动机软硬件SOI(特定检查单)审查先例,申请人适航体系不健全;适航委任工程代表(DER)缺少审查实战经验……”终于完成电控系统测试验证的8月18日下午,在研制团队与审查组的会议现场,AEC2.0L项目审查组组长、软硬件审查代表侯小宇回顾一路走来,列出了曾经满满一大串的“缺”。

对此,郑君毫不讳言:“真的难。最难的时候是2020年11月,有一次,实在不知道怎么办,我跟高主任打了一小时的电话。”

“高主任”是适航审定中心AEC2.0L责任审查处室系统审定室主任高艳蕾。彼时,电控系统开始攻坚,郑君想向她求助的难题正是电控系统的总起源头:究竟怎么写发动机电控系统的设计需求报告。

此前,在审定中心的协助下,芜湖钻石航发确定了电控系统的研制供应商方案,可是公司团队彼时对于如何给供应商提出设计需求,却心里没底。要设计一款满足民机航发适航要求、可以比肩国际主流水平的电控系统,发动机企业所出具的设计需求,应该说明这款发动机需要电控系统具备怎样的功能,也就是“设计捕获”。只有把设计捕获列明、列细,且符合适航要求,向电控系统设计单位清晰传达,才能让设计路径走下去。

在国际主流民机航发的适航取证工作中,依据适航审定标准、撰写设计需求是一项基础工作。但对从没走过这个环节的国产航发民机企业来说,万事开头难。第一版、第二版、第三版……钻石航发连写三版设计需求,结局无一例外,都被审查团队否定,航发企业觉得自己已经全力以赴,而在适航审定中心的审查人员看来,报告还远没有达标。面对这一局面,审查组决定反向为之:在适航审定中心领导的支持下,高艳蕾安排项目审查组组长侯小宇和AEC2.0L航空发动机系统审查代表刘富荣,给芜湖钻石航发的团队上课,从源头掰开了、揉碎了,“手把手”指导。

身在其中的AEC2.0L研发工程师洪楠对此记忆犹新:“连着三版被否定,打击太大了!”第三版被否决的时候,洪楠觉得状态跌到了谷底,怎么都爬不出来了。幸而,通过审查代表的授课,钻石航发的工作人员理解了,原来电控系统中、哪怕一个模块的需求,按照适航标准的叙述,就要拆成100多条。而也正是这样看似麻烦的拆分与精细描述,才能在真正的研制环节少走弯路、精准推进……“手把手”指导后,终于有了符合要求的第四版。电控系统的研发,也得以成功“起笔”。

适航审定中心对芜湖钻石航发的队伍培养,没有局限于编写需求报告。通过长期深度带和教,审查组还为企业培养出了多名取得资质的适航委任工程代表(DER)和委任制造检查代表(DMIR),为企业打造出了一支能从适航维度上理解民机航发制造研发的业务骨干力量。

厚着脸皮 补上“一穷二白”短板

如果说“最强大脑”的适航起步之难,在于精准拟订设计需求,那么适航收官之难,则在于准确地开展验证试验,用精准的流程、严谨的试验,验证所研制出的电控系统符合适航标准。2022年春天,AEC2.0L发动机的电控系统,开始为验证试验做准备。

“作为审查代表,不能高高在上等着别人来交给你审查,要跟着申请人的队伍一起摸爬滚打。验证试验前,要帮助他们把模拟试验完成,才能走到验证、审定的那一步”。这是AEC2.0L发动机审查组长对全体审查组人员的要求。因此,对AEC2.0L电控系统面临的试验压力,侯小宇也感同身受,“一穷二白”,他如此笑称自己在验证试验前所面对的局面。

验证试验需要完善试验室、试验人员、试验方案、软硬件保障等,但这些资源在AEC2.0L发动机电控系统的验证试验中都异常紧张。

资源压力首先来自试验设备和人力保障。我国的多款国产民机航发都在全力爬坡推进的过程中,电控系统的研制供应商团队成员往往同时要承担若干任务。此时,审定中心秉承“小发带大发,系统带整机”的理念,又一次给出了关键支援。从今年春天开始,侯小宇、刘富荣赶到无锡,每周两次召开协调会,通过盯住电控系统研制方的进度,给芜湖钻石航发落实资源,这一盯就是小半年。“干审定干成了型号项目经理,要一直干到年内完成取证”,审查代表们半开玩笑地说。

既然干成项目经理,侯小宇告诉自己:“脸皮要厚,不怕求人”。因为很多试验资源不是“多”与“少”的问题,而是“有”与“无”的问题,一旦出现完全空白的环节,协助申请人各处协调求助、从零基础开始补上,就是必修课。

对国产活塞发动机电控系统来说,所需的试验室存在空白:不同于涡扇、涡桨等大型发动机的电控系统可以拆下单独试验,活塞发动机电控系统嵌入发动机,必须以发动机整机为载体,加注燃料后才能试验,验证试验室必须安排烟道,而既有试验室却不具备这一能力。审查代表帮着一次次联系,协调试验室方面同意改装,继而协调在无锡当地的烟道施工环评,终于落实了实验室的烟道安装和启用工作,确保了试验场地,也为最终完成验证试验打下基础。

在适航取证工作逐步完善的基础上,适航审定中心与芜湖钻石航发已经把目光投向了更广阔的市场。除了满足国产要求,审查组正在指导申请人预先比照欧洲航空局(EASA)的适航审定要求开展部分试验,为AEC2.0L发动机申请EASA取证,走向钻石通航飞机的发源地欧洲,拓展当地航发市场创造机会。

争论了才放心 为民机适航打造“黄埔军校”

虽然从编制需求、人员培训到验证试验,审定代表们一路“手把手”带着研发团队,但侯小宇和刘富荣都不约而同地说,自己最乐于看到的是带出来的申请人方面的工程师,有勇气、有底气表达不同观点,与自己争论。

“你们争论了,我们才放心”,许多人都记得刘富荣的这句口头禅。“申请人敢于对审查代表拟订的验证方案、思路予以反驳,而不是一味全盘接受,表明了申请人对自己的产品和适航审定的要求真正理解了,才有底气据理力争。这说明队伍成长起来了,研发的产品也更有保证了。”

“电磁干扰”“高强度辐射场”“雷电间接效应”这三大电磁试验,是发动机电控系统验证必不可少的重要内容。而在对电控系统的雷电效应测试中,刘富荣遇到了芜湖钻石航发工程师们的不同意见。审查组最初的方案是把发动机电控系统涉及的所有电缆逐一注入电流,逐一测试受到雷击时的安全水平。钻石航发却提出,电缆中有相当数量型号、标准、工作环境完全一致,只要符合一致性,完全可以用一次试验同步确定。这个意见得到了刘富荣的认可,也使得雷电试验的试验期从2个月缩短到1个月。

在8月18日完成电控系统验证试验当天,许多人已经意识到,这次成功的电控系统验证试验,是关于AEC2.0L型号的,但又远不止于此。

适航审定中心工作人员告诉记者,他们这些年的付出和理想,除了要拿下率先破冰的型号,更期待为国产民机航发建立一支有适航信仰的产业人才队伍和一套运行模式。“国产民机航发还有更多的型号、更多的大发动机,今天这些人、这些积累,会像黄埔军校一样,培育懂适航标准、有适航信仰的国产民机航发人才的种子,并终将成长为森林。”侯小宇如是说。(《中国民航报》、中国民航网 记者钱擘)

责任编辑:wangyaling 000
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