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項目中引入了多項新技術(shù)，展示了其在民用航空領(lǐng)域較強的系統(tǒng)集成和工程化能力，彰顯出通過發(fā)展世界先進(jìn)水平大型民機產(chǎn)品、爭奪本國及全球民用航空市場的雄心。MS-21在材料、發(fā)動機、機電、航電和飛控等領(lǐng)域引入了多項新技術(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，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)動機相比，俄為該機新研的PD-14發(fā)動機耗油率可減少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對俄航空工業(yè)發(fā)展意義重大，許多新技術(shù)在民機上的應(yīng)用尚屬世界首次。
材料工藝進(jìn)步催生“黑色”機翼
飛機機體結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用復(fù)合材料是MS-21技術(shù)上最重要的亮點之一。首先，該機的復(fù)合材料重量占全機結(jié)構(gòu)重量的40%左右，在全球干線飛機中處于最先進(jìn)行列；更重要的是，該機在世界干線飛機產(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翼，其中央翼、機翼翼盒、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，故機翼被稱為“黑色”機翼。在同類飛機中，金屬材料機翼的展弦比可達(dá)到10.5，而MS-21機翼展弦比達(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器人設(shè)備，可在2小時內(nèi)完成以往傳統(tǒng)工藝20人日的工作量。盡管復(fù)合材料價格昂貴、生產(chǎn)復(fù)雜，但由于極大地提高了勞動生產(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。
國產(chǎn)發(fā)動機采用多項新材料、新工藝
俄在民用航空發(fā)動機領(lǐng)域一直落后于美歐。為滿足占領(lǐng)市場需求，伊爾庫特公司為MS-21選擇了美國普惠公司的PW1400G-JM發(fā)動機，并將配裝它首飛。該發(fā)動機已于2016年5月在美國完成取證，計劃2017年4月開始批產(chǎn)。
同時，俄也為MS-21研制了PD-14發(fā)動機供用戶選配。該發(fā)動機有8級壓氣機和2級渦輪，涵道比8.5，推力14噸，正開展地面試驗。俄工貿(mào)部已為該發(fā)動機的研制撥款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)動機的投入，但已超過對SaM-146發(fā)動機（用于SSJ-100支線飛機）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，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)動機及其短艙應(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)動機研究院為發(fā)動機開發(fā)了16項新技術(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。
俄多電飛機從概念走向?qū)嵱?/strong>
依托MS-21項目，俄在多電飛機技術(shù)領(lǐng)域的多項研究成果也走向應(yīng)用，成為提升該機市場競爭力的重要因素。該機的機電技術(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”理念為MS-21發(fā)展的發(fā)動機部件及其他設(shè)備主要包括電作動反推裝置、電動機輪等。
PD-14發(fā)動機的電作動反推裝置由技術(shù)發(fā)展集團(tuán)旗下的電力驅(qū)動公司研制，裝配該裝置后的PD-14試驗發(fā)動機將在伊爾-76LL空中試驗臺上進(jìn)行試驗。此前，俄是利用液壓系統(tǒng)驅(qū)動反推裝置，使用電作動裝置后不僅能減輕發(fā)動機重量，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力的情況下使飛機在機場移動的電動機輪。根據(jù)歐洲民航法規(guī)的規(guī)定，機場的飛機禁止在滑行移動時起動發(fā)動機，因此要求用“電動機輪”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的起落架機輪驅(qū)動方式，提高發(fā)電機和輔助動力裝置的功率，使之能夠在地面發(fā)動機停車情況下讓電動滑行系統(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)的電動裝置、新的發(fā)電系統(tǒng)、電作動的機翼增升系統(tǒng)以及起落架支架所需的其他電動部件。因此，MS-21項目拉動俄向“多電飛機”方向邁出了新的一步，對于提升飛機的市場競爭力、帶動俄多電飛機技術(shù)的發(fā)展起到重要作用。
新一代綜合航電和主動側(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側(cè)桿控制技術(shù)。
航電技術(shù)一直是俄民機的短板，此前的SSJ-100支線飛機配裝的幾乎全是國外產(chǎn)品。為了推動本國民機航電技術(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。
在飛控系統(tǒng)方面，MS-21的最大亮點是在電傳飛控系統(tǒng)中采用了主動側(cè)桿控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在降低重量的同時，還可提高駕駛安全性。該主動側(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)使用兩個控制器，可為飛行員提供有效的跟蹤互動與必要的修正，使飛行更加安全。目前，用于MS-21的主動側(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檢測。預(yù)計未來該系統(tǒng)將與MS-21同時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側(cè)桿控制技術(shù)的大型商用飛機。