О проблеме попадания посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Здравствуйте, друзья!

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Двигатель "поймал" что-то очень серьезное.

Современный авиационный турбореактивный двигатель – агрегат настолько же мощный, насколько и сложный и чувствителен к среде, в которой работает. Если его заставить работать в несвойственных ему условиях, то возможны всякие неприятности. ТРД – это, как известно, сердце самолета, и с его помощью летательный аппарат поднимается в воздух, но возможные неприятности для движка, собственно, начинаются с земли.

При определенной, можно сказать, помощи человека в воздух, к сожалению, иной раз поднимаются предметы, которые к этому вроде бы природой не предназначены :-) . Но законам ее они все же подчиняются, а по сему летающими становятся совершенно разные объекты. В авиационной науке они официально называются посторонними предметами и начинают угрожать двигателю с момента начала его работы, пока самолет еще даже не набрал скорости.

Турбореактивный двигатель потребляет много (даже очень много :-) ) воздуха при своей работе. Пока самолет не набрал достаточной скорости весь этот воздух попросту всасывается в двигатель из окружающего пространства, а вместе с ним в тракт двигателя могут попасть и предметы так или иначе оказавшиеся в критической близости около входного устройства, то есть воздухозаборника.

Чем это может обернуться для двигателя предугадать сложно, но чаще всего ничего хорошего ждать не приходится. Вопрос этот достаточно серьезный, потому что в случае неблагоприятных условий он чреват, как минимум, немалыми финансовыми потерями – это съем и дальнейший ремонт двигателя на заводе-изготовителе или ремонтном предприятии. А может быть и кое-что похуже…

Хорошо помню, как чуть ли не с первых курсантских дней в авиационном училище, а потом и в полку нам твердили, что во время проведения полетов все предметы одежды и снаряжения у личного состава, находящегося на ЦЗТ во время полетов должны быть надежно закреплены, в просторечии «законтрены».

В наибольшей степени это относилось, конечно, к головным уборам. Например, в фуражке на ЦЗТ появляться было запрещено. А береты технического состава были прикреплены с помощью капроновых шнуров к другим деталям одежды.

Конечно, кое-кто относился к этому, как к формальности, но в целом серьезность вопроса была всем понятна. Кроме того само приближение к воздухозаборникам работающего на повышенных оборотах движка опасно.

Есть например у СУ-24 такой режим работы двигателя, как прогрев перед первым вылетом, осуществляющийся на стоянке.  Двигатель работает в течение 2-ух минут на оборотах в 92%. Понятно, что в этот момент нужно держаться на определенном расстоянии от воздухозаборника.

Сосет, как говорится, дай бог :-) и всосать может не только фуражку. Все эти правила придуманы не просто так, потому что случаев, как курьезных, так и трагических было немало. Предметов одежды влетело в двигатель за всю историю использования ТРД  несчетное количество. Но было ведь и кое-что похуже. Вот, например, видеоролик происшествия на одном из американских авианосцев, закончившегося, слава богу, относительно благополучно.

Полеты там довольно интенсивны и места свободного на палубе маловато, поэтому некоторая несобранность или неорганизованность может дорого обойтись.

Однако такого рода происшествия все же редки. Гораздо чаще в двигатель попадают предметы, лежащие на бетонке (рулежные дорожки, ВПП) и предметы эти обычно камни различного калибра от песка до внушительного вида галечника – продукты разрушения полотна бетонки. В зимний период это может быть лед, а также продукты износа щеток снегоочистителей (то есть проволока, бывает и такое :-) ).

Основные пути попадания всего этого мусора в газовоздушный тракт двигателя таковы. При движении самолета эти предметы могут с достаточной силой «выстреливаться» из-под колес стоек шасси. Главная опасность в этом плане – передняя стойка, но и основные тоже вносят свой вклад.

При позднем выключении реверса, когда самолет тормозит после посадки тоже возможно попадание посторонних предметов в двигатель. Они поднимаются струей реверса с бетонки и на малой скорости руления вполне могут долететь до входа в воздухозаборник.

Ну, и конечно большую роль во всем этом играет вихревой жгут, который может возникать при работе двигателя. Это по сути дела небольшой смерч, который протягивается от поверхности бетонки в движок. В зависимости от своей интенсивности он способен поднимать с поверхности  различные предметы, которые затем потоком воздуха «благополучно» доставляются в двигатель.

Этот видеоролик (ранее я использовал его здесь) опробования двигателя хорошо показывает его возникновение.

Вихри возникают под воздухозаборником при неравномерности течения, когда появляются точки местного торможения потока, так называемые ядра вихревого шнура. Положение этого ядра зависит от ветра (его скорости и направления), а также от скорости движения самолета. Сам по себе вихрь достаточно непрочен. С ростом скорости самолета ядро сдувается встречным потоком и вихрь разрушается (бывает, что успев при этом наделать дел :-) ).

Однако не любой вихревой жгут опасен в плане попадания посторонних предметов в двигатель. Для этого он должен обладать достаточной силой (интенсивностью). А она определяется скоростью воздушного потока в приземном слое под воздухозаборником. Точнее ее горизонтальной составляющей. Она определяется по формуле:

Vrmax = Gmax / (20.1 – H02). Здесь Gmax – максимальный расход воздуха в воздухозаборник, Н0 – расстояние от поверхности аэродромного покрытия до оси воздухозаборника.

Экспериментальным путем (в ЛИИ им. Громова) установлены интервалы значений Vrmax. Если эта величина меньше 1 м/с, то вихри обычно отсутствуют или их образование неинтенсивно. При Vrmax больше 1 м/с, но меньше 1,5 м/с уже возможно образование вихрей и подброс посторонних предметов практически до уровня воздухозаборника. А если Vгmax уже больше 1,5 м/с, то идет интенсивное вихреобразование со всеми, как говорится, вытекающими последствиями :-) .

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Области возможного возникновения вихрей при работе ТРД.

По этому принципу существует даже деление самолетов на «вихревые» и «невихревые». Такую характеристику можно проследить на графике. Это зависимость Vrmax от величины Нотн. Нотн – относительная высота воздухозаборников над ВПП (отношение высоты воздухозаборников Н0 к их диаметру D, H0 /D).

То есть самолеты с низким расположением двигателей (чаще всего это низкопланы), которые являются очень выгодными по многим аспектам эксплуатации, безопасности, шумности, аэродинамики и др. и приобретают в мире все большую популярность, являются как раз самолетами «вихревыми».

Справедливости ради, однако, стоит сказать, что характеристика Vrmax подразумевает максимальный режим работы двигателя, то есть это взлет. При обычном рулении опасность попадания посторонних предметов все же меньше.

Однако на взлете она существует, поэтому, если применяется такая схема расположения двигателей (в целом несомненно удачная), то  для преодоления недостатка «вихревых» самолетов,  принимаются так называемые эксплуатационные меры по предотвращению попадания посторонних предметов в двигатель.

Касательно этих мер хочу привести выдержку из материалов исследований специалистов ЗАО «Гражданские самолеты Сухого» по проблематике попадания посторонних предметов в двигатель.
Это расчетная схема течения воздушных потоков в двигатель при различных скоростях руления самолета. Исследовался вход в воздухозаборник двигателя Sam 146, устанавливаемого на самолет SSJ-100. Обтекание симметричное, то есть без образования вихревых жгутов.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Схема воздушных течений в воздухозаборник RRJ.

При движении самолета на скорости от нуля (стоянка) до примерно 7,5 км/ч по линиям тока видно, что два потока воздуха (сзади и спереди) мотогондолы образуют что-то вроде вертикальной плоскости (А-В). В этой плоскости горизонтальная составляющая скорости практически отсутствует. Остается только вертикальная составляющая. Благодаря ей, теоретически возможно подхватывание предметов с поверхности бетонки и «подсос» их в воздухозаборник.

Далее с ростом скорости картина тока воздуха меняется, и на скоростях больше 30 км/ч поток становится однонаправленным, при котором подхват посторонних предметов с ВПП уже невозможен.

Что же касается вихревого жгута, очень помогающего :-) в сборе мусора с бетонного покрытия, то он на малом газу (сразу после запуска двигателя) и далее при малых оборотах (руление) еще не образуется, а при разгоне самолета (примерно до 40 – 50 км/ч) разрушается встречным потоком воздуха.

Таким образом, с эксплуатационными мерами безопасности все примерно понятно :-) . Место запуска двигателей самолета (площадь небольшая диаметром метров 5-6) должна быть чистой (хотя вероятность возникновения вихревых жгутов и подсоса предметов на малых оборотах итак минимальна).

После запуска руление производится на скорости, исключающей подсос. Эта скорость определяется в руководстве по летной эксплуатации конкретного типа самолета (для примера Boeing-737 – 32 км/ч, SSJ 100 – 25 км/ч).

Само руление производится на малых оборотах двигателя (в районе малого газа), а при разгоне применяется метод роллинг-старта. Он означает додачу оборотов двигателя уже в процессе движения, после достижения определенной скорости, что исключает образование вихревых жгутов и подсоса посторонних предметов  в двигатель.

Роллинг-старт увеличивает длину разбега самолета (до 100 метров), но зато это выливается в ощутимую выгоду с экономической точки зрения :-) .

Конечно, надо не забывать о реверсе тяги. Его выключение должно проводится на скоростях самолета не ниже определенного минимума, дабы исключить заброс посторонних предметов на вход в воздухозаборник.

Наземное опробование двигателя на всех режимах (например при выполнении регламентных работ) производится на специальных площадках, естественно, качественно очищенных и с исправным покрытием. Кроме того могут использоваться различные защитные приспособления.

Например, существует специальное наземное приспособление для исключения образования вихрей (точнее их разрушающее) Это такая звездообразная конструкция, состоящая из пластин высотой 0,07 диаметра воздухозаборника и толщиной около 2 мм. Располагается это устройство под воздухозаборником с центром в районе эпицентра возникновения вихря.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Антивихревой рассекатель для защиты двигателя при его опробовании на стоянке.

Однако, кроме эксплуатационных есть еще и конструктивные предохранительные меры, направленные против попадания посторонних предметов в двигатель.

Они касаются конструкции самолета и двигателя конкретного аппарата. Например, взаимное расположение передней стойки и двигателей. Они должны располагаться так, чтобы расчетный конус разброса предметов из-под колес не пересекал входа в двигатели или же экранировался крылом и фюзеляжем.

Важную роль здесь играет именно угол расположения воздухозаборника относительно точки контакта колес передней стойки с ВПП. Такими исследованиями, в частности, тоже занимается ЛИИ им. Громова. Выглядеть это может примерно так.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Схема возможного конуса разлета посторонних предметов из-под передней стойки (составлена для RRJ).

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Так этот конус может выглядеть на практике (в данном случае пробег с торможением - включен реверс).

Или, допустим так.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Возможная область защиты воздухозаборников двигателя фюзеляжем и крылом.

К конструктивным мерам относится также создание так называемых «самозащищенных» двигателей. Для таких движков лопатки первой ступени компрессора, то есть вентилятора выполняются широкохордными (хорда лопатки – то же самое, что и хорда профиля крыла). Передняя кромка у них упрочнена (часто со специальным покрытием), и они имеют большую ширину и  толщину корневого сечения. Их конфигурация при участии центробежной силы позволяет отбрасывать посторонние предметы во второй контур.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Широкохордные лопатки двигателя SAM-146 (SSJ-100).

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Двигатель самолета SSJ-100. Мало чем отличается от Boeing-737.

Кроме того рассчитываются поля скоростей воздушных потоков в воздухозаборнике и создаются математические модели поведения посторонних предметов до воздухозаборника и в его канале при взаимодействии с ветром и элементами конструкции.

В частности, например, рассчитывается форма кока двигателя, который напрямую участвует в формировании поля скоростей потока воздуха и может быть достаточно эффективно использован для выделения из потока попавших в двигатель  посторонних частиц и отвода их в менее опасную область.

Если посторонний предмет все же влетел в двигатель, то самым меньшим злом было бы, если бы он попал во второй контур. Там ведь ничего нет, кроме одной ступени вентилятора. А на современных двигателях возможен ремонт поврежденных лопаток компрессора низкого давления (КНД), в том числе и замена целых модулей. Причем делается это без съема двигателя с самолета.

Если же повреждение имеется в компрессоре высокого давления (КВД, то есть в первом контуре), то двигатель с достаточно высокой вероятностью будет подлежать замене и полной переборке в ремонтной организации, что, естественно, стоит хороших денег…

В этой ситуации может помочь кок. Он профилируется таким образом, чтобы посторонние предметы, попадающие в двигатель из возможной зоны «подсоса» вместе с потоком воздуха ударялись о кок и отлетали затем в сторону второго контура, таким образом минимизируя повреждения.

На характер движения частицы при отражении влияют ее величина и толщина стенки  кока, а также угол при вершине самого кока (как конуса). Экспериментальным путем выяснено, что наилучший диапазон углов от 71° до 118°. При углах больших, 118-ти, посторонний предмет отлетает к концам лопаток вентилятора, то есть в зону больших скоростей вращения и малых толщин лопатки, что чревато большими повреждениями. При углах меньше 71-го такого не происходит.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Двигатель ПС-90А.

Например, в двигателе ПС-90А такой угол равен 90°, то есть ближе к 71. Плюс на этом движке разделитель потока (на первый и второй контур) достаточно сильно отодвинут от вентилятора и подъем втулки рабочего колеса вентилятора довольно крутой. Все это позволяет максимально снизить ущерб от попадания посторонних предметов в двигатель.

Вполне можно сказать, что все эти вышеперечисленные меры достаточно эффективны. Примером этому может служить многолетняя успешная эксплуатация самолета Boeing – 737 в его различных модификациях. Это самый многочисленный пассажирский самолет в мире. И при этом он находится в списке самых «вихревых» самолетов, согласно вышеуказанного графика.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Вот они те самые 460 мм.

Низкое расположение его двигателей (минимальное расстояние до нижней кромки воздухозаборника у боингов 460 мм) удивляет. Ведь летает он не только с «рафинированных» европейских и американских аэродромов. Немало боингов совершают постоянные рейсы в региональные аэропорты Африки и стран бывшего СССР, которые, как известно, не всегда могут похвастаться исключительной чистотой.

При этом статистика попаданий посторонних предметов в двигатель и тем более досрочных съемов двигателей по этой причине ничуть не хуже, чем, к примеру, у «невихревых» ТУ-154. По некоторым отзывам даже лучше (хотя, видимо, это только отзывы :-) ).

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Boeing-737. Региональный аэродром.....

Поговаривают, что в свете принимаемых предохранительных мер специалистов Боинга больше интересует расстояние от мотогондол их самолетов до ограничительных фонарей на рулежных дорожках и ВПП (их высота около 400 мм), чем расстояние мотогондолы до ВПП :-) . Может быть и так…

Однако любому понятно, что пока еще не придумано таких предохранительных мер, которые бы давали стопроцентную защиту двигателю от попадания в него посторонних предметов и его существенного при этом повреждения. Поэтому, естественно, первое, что обязательно нужно делать – это использовать качественное покрытие для аэродрома (в идеале :-) ), ну и, конечно, хорошо его чистить.

Организации, обеспечивающие чистоту аэродрома обычно обладают для этого специальными механическими средствами. Мусор можно либо собрать, либо вымести его за пределы бетонки :-) . Поэтому и спецмашины для уборки выполнены по этому принципу. Есть машины-пылесосы (вакуумные машины), а есть специальные воздуходувки. Иначе их еще называют ветровыми машинами.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Использовавшийся когда-то аэродромный пылесос на базе автомобиля МАЗ-200.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Аэродромный пылесос на базе автомобиля КрАЗ.

Современные машины-пылесосы обычно совмещают в себе еще и функции подметально-моечной машины. А ветровые машины чаще всего представляют собой смонтированный на автомобильном шасси отработавший свой ресурс авиадвигатель. На советских аэродромах с этой целью часто использовался массово выпускавшийся движок РД-45.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Воздуходувка с двигателем РД-45 на базе "Урала".

Этот двигатель своей реактивной струей сметает с бетонки мусор и камни. Правда, справедливости ради стоит сказать, что эта же самая струя при неумелом использовании агрегата и посредственном состоянии аэродромного покрытия может это самое его состояние еще ухудшить, разбивая имеющиеся разломы и трещины…

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Современная аэродромная уборочная техника.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Современная аэродромная уборочная техника.

Однако, очистка аэродрома с помощью этих спецсредств возможна только в перерыве между полетами или в отсутствие авиатехники, то есть это не может полностью решить существующую проблему. Кроме того существует немало региональных аэродромов (в основном это касается государств бывшего СССР), где чистоту можно сказать не любят :-) , или не могут ее любить из-за отсутствия средств…

Поэтому бывает и так, что «спасение утопающих становится делом рук самих утопающих» :-) . То есть  иногда на летательных аппаратах применяют специальные устройства, защищающие их от попадания посторонних предметов в воздухозаборники двигателей. Такого рода устройства вполне логично можно причислить к конструктивным мерам безопасности.

Известны они больше у военных самолетов. Так уж сложилось, что гражданский аэродром часто бывает гораздо проще подмести, чем военный :-) . К тому же иной раз военные аппараты по роду выполняемых задач вынуждены использовать такие площадки, которые аэродромами назвать бывает сложно :-) .

Например, на самолетах СУ-24 используется система струйной защиты. Сжатый воздух, забираемый в компрессоре двигателей, выдувается через профилированные щели в нижней панели фюзеляжа, создавая что-то вроде воздушной пелены под воздухозаборниками, которая исключает возможность возникновения вихревого жгута и попадания камней с ВПП при больших оборотах двигателя. Защита включается вручную, а отключается автоматически при достижении определенной скорости полета.

Кроме того на некоторых пассажирских самолетах, в частности на Boeing – 737 тоже используется система разрушения вихрей. Воздух забираемый за одной из ступеней компрессора, выдувается через отверстия в обтекателе воздухозаборника, тем самым разрушая зарождающийся вихрь. Работает эта система часто совместно с противообледенительной системой.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Взлет СУ-24М. Хорошо виден грязезащитный щиток на передней стойке шасси.

Возвращаясь к СУ-24, скажу, что его передняя стойка шасси прикрыта специальным грязезащитным щитком,чтобы максимально исключить вылетание камней из под передних колес. Практика прикрытия колес передней стойки грязезащитным щитком стало обычным делом не только для самолетов ВВС.

Например, все тот же Boeing – 737  вполне полноправно его использует, особенно при полетах с плохих ВПП (подразумевается без нормального твердого покрытия), в частности в Африке или на северных региональных аэродромах. Следующие фото тому свидетельство :-) .

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Boeing-737 канадской авиакомпании с защитным щитком на передней стойке шасси.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Тот же аппарат с хорошо заметным защитным щитком.

Еще один известный обладатель защитной техники – истребитель МИГ-29. Воздухозаборники его двигателей с началом запуска закрываются специальными подвижными гидравлически управляемыми панелями. Они автоматически открываются при достижении самолетом скорости 200 км/ч. При падении скорости ниже 200 км/ч они открываются вновь, а также открываются при выключении двигателя.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Истребитель МИГ-29СМТ с двигателями, закрытыми защитными панелями.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Истребитель МИГ-29 с верхними входами.

Для питания двигателей воздухом при закрытых панелях в верхней поверхности наплывов крыла предусмотрены специальные 5-секционные входы, которые прикрыты подпружиненными панелями, открывающимися при создании разрежения в канале воздухозаборника.

На модификации МИГ-29М этих панелей уже нет. Вместо них сделаны выпускающиеся в каналы воздухозаборников специальные защитные сетки (или решетки). Освободившееся от верхних входов место в наплывах использовали для размещения дополнительного топлива.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Истребитель МИГ-29М без верхних входов.

Существуют также устройства непросто перекрывающие воздушные каналы, а очищающие поступающий воздух от мелкого песка и пыли (своего рода сепаратор). Такого рода устройства используют самолеты с турбовинтовыми двигателями, посещающие пыльные, часто грунтовые аэродромы (особенно в развивающихся странах).

Принцип этого устройства таков. При старте или посадке на запыленном аэродроме летчик специальным дефлектором прикрывает воздушный канал в воздухозаборнике. Этот канал имеет резкий поворот ко входу в двигатель. Частицы пыли и песка из-за своей инерционности (масса все же больше, чем у воздуха :-) ) проскакивают этот поворот и движутся дальше к выходу из канала (как правило через эжектор). А очищенный воздух проходит в двигатель.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Схема противопылевого сепаратора для турбовинтового двигателя.

Отдельного упоминания заслуживает, конечно, вертолет. Для этого аппарата работа с так называемых запыленных аэродромов – обычное дело. «Так называемые» я говорю потому, что иной раз при работе вертолета с такого аэродрома бывает непонятно чего в воздухе больше: самого собственно воздуха или песка и пыли. Эта субстанция очень вредна для всех без исключения механизмов и для турбовальных движков, стоящих в большинстве своем на вертолетах в особенности.

Даже не вызывая непосредственных сиюминутных опасных повреждений лопаток компрессора, пыль и мелкий песок работают как сильнейший абразив. Эрозия лопаток в такой ситуации обычное дело. Меняется их форма, характер обтекания, становятся возможными срывные явления в компрессоре, вплоть до помпажа. А ведь за компрессором есть еще камера сгорания и турбина. Пыль доходит и туда.

Яркий пример такого применения вертолетов – боевые действия в Афганистане в особенности на их начальном этапе. Тогда, к примеру, многие вертолетные ГТД ТВ2-117 (ставились на МИ-8) не дорабатывали и до половины своего ресурса, а при разборке обнаруживалось, что миниатюрные рабочие лопатки последних ступеней компрессора «съедены» практически полностью.

Известно, например, что при прохождении через двигатель 100 кг пыли степень сжатия снижается примерно на 10%, а кпд на 4%.

В такой ситуации очень актуальными стали специальные сепарационные устройства для очистки воздуха от пыли, песка и посторонних предметов при взлете, посадке и рулении вертолета, так называемые ПЗУ (пылезащитные устройства).

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Вертолет МИ-8 без ПЗУ.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Вертолет МИ-8 с установленными ПЗУ.

Сейчас различные по конструкции ПЗУ предусматриваются для установки на различные типы вертолетов с газотурбинными двигателями в случае их работы с запыленных или неподготовленных площадок. Большинство этих устройств инерционного типа.

То есть для отделения пыли от воздуха используется ее инерционность. Обычно в ПЗУ имеется один (моно-) или несколько (мульти-) циклонов с завихрителями воздуха, либо ряд сужающихся профилированных (принцип трубки Вентури) каналов с резким изменением направления.

Отделенная (из-за собственной инерционности пыль) чаще всего выбрасыватся наружу при помощи эжектора или дополнительного вентилятора. Простейшая схема ПЗУ с профилированными каналами для небольшого вертолета на рисунке.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Вертолетное пылезащитное устройство с профилированными каналами (схема).

Защитные устройства различного рода, предотвращающие попадание посторонних предметов в двигатель, достаточно широко применялись и применяются на летательных аппаратах. Однако с ними, вобщем-то, не все однозначно. Что касается сеток, например, то понятно, что они могут защитить от предметов только не меньше определенного размера. На практике чаще всего используют ячейки размером 4 мм.

Кроме того желательно обеспечить их уборку, ведь они являются препятствием для поступления воздуха и при определенных условиях полета (скольжение, большие углы атаки) могут значительно уменьшить его поступление в двигатель. К тому же сетки (особенно неубирающиеся) требуют обогрева из-за возможности обледенения. С другой стороны системы уборки-выпуска – это лишнее усложнение конструкции и, конечно же, лишний вес.

Устройства сепарации воздуха (ПЗУ) не всегда полностью его очищают. Мультициклонные устройства могут очистить его до 98%, но они громоздки, моно циклонные или многоканальные очищают воздух до 75-80%. При этом все эти устройства отнимают у двигателя часть мощности.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

С-130 на запыленном аэродроме.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Старт с запыленного аэродрома.

Поэтому в любом случае, защищен движок или нет, в положенные сроки его осматривают с целью проверки возможного попадания в него посторонних предметов.

Первое, что встречают на своем пути влетающие (с немалой скоростью) в двигатель камни – это компрессор. Подавляющее большинство компрессоров на современных двигателях – осевые. А осевой компрессор – это частокол лопаток,  как неподвижных, так и движущихся с очень большими окружными скоростями. Понятно, что встреча влетающего предмета с лопатками без каких-либо последствий маловероятна. Хотя бывает, конечно, по всякому :-) .

Центробежный компрессор в этом смысле более устойчив к повреждениям, однако и для него существует предел :-) . Вот на этом фото видно неплохо. В практическом смысле, кстати, я видел такую картину на собственном автомобиле, на котором был турбированный двигатель. Компрессор сжимающий воздух там был центробежный. В подающей воздушной магистрали оторвалось металлическое крепление и попала прямиком в крыльчатку. Картина была именно такая :-) . Но ведь это автомобиль, а что будет с самолетом…

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Поврежденная крыльчатка центробежного компрессора, скорей всего автомобильного, но суть та же.

Самый тяжелый случай – это, конечно, большая деформация или даже обрыв лопатки. Чем это может кончится… Как минимум выходом двигателя на неустойчивые и нерасчетные и потому опасные режимы, с падением тяги и возникновением аварийной ситуации. К тому же нельзя предугадать куда полетит оборвавшаяся лопатка и каких дел она при этом наделает. Ведь на таких скоростях вращения центробежная сила, действующая на лопатки очень высока.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Лопатка компрессора, целая и после возможных повреждений.

Однако, такие обстоятельства, все же, маловероятны. Гораздо чаще двигатель «ловит» небольшие камешки, но и они хорошей жизни не добавляют. При столкновении лопатки с камнем может образоваться либо риски на поверхности лопаток, либо (что чаще) забоины на  ее передней или задней кромке.

Эти забоины неприятны тем, что становятся так называемыми концентраторами напряжений. Это определение дается в соответствии с материаловедением и известной в технических вузах дисциплиной, именуемой «Сопротивление материалов». А, если сказать упрощенно, то, когда в теле имеют место резкие изменения формы (поверхности), то в этом месте происходит зачастую столь же резкое увеличение напряжений. Они как бы концентрируются в этом месте.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Напряжения в лопатке компрессора.

Что за напряжения? Опять же упрощенно :-) те самые, которые испытывает лопатка при вращении ротора двигателя. Частоты вращения очень немаленькие, поэтому центробежная сила формирует в теле лопатки большие напряжения.

В нормальной лопатке они распределены более-менее равномерно по всему ее перу. В случае же появления забоины, имеющей, как правило, угловые очертания (то есть резкое изменение формы), в этом месте происходит концентрация напряжений.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Концентрация напряжений в лопатке в районе повреждений.

При таком варианте получается, что область лопатки с забоиной может длительное время подвергаться во время работы  нерасчетным напряжениям. Это может привести со временем к разрушению материала лопатки, появлению трещины и далее к полному разрушению самой лопатки.

Вероятность такого исхода реальна, поэтому для каждого двигателя разработана система мер для ее практического исключения. Двигатель осматривается в специально определенные сроки, а также дополнительно в случае обнаружения забоин на лопатках компрессора.  Все современные ТРД (и их разновидности) имеют возможность доступа для осмотра специальными оптическими (а также ультразвуковыми, акустическими и др.) приборами внутренних полостей с целью определения их внутреннего состояния.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Оптический прибор для осмотра двигателя Videoskop iplex-fx.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Современный аппарат для осмотра внутренних полостей двигателя. На экране хорошо просматриваются лопатки.

Размер и месторасположение забоин на лопатках компрессора тоже строго учитывается. Для каждого типа двигателя классификация, конечно, своя. При слишком больших повреждениях (особенно в компрессоре высокого давления ТВРД) двигатель обычно снимается  с самолета и отправляется в ремонт. Если же размер забоин ниже определенного предела и расположены они не слишком близко к комлю, то они чаще всего зачищаются.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Пример допустимых норм по забоинам на лопатках компрессора.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Пример норм по возможным забоинам на лопатках компрессора.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Пример норм по возможному устранению забоин на лопатках компрессора.

То есть обрабатываются специальным инструментом (ассортимент его достаточно разнообразен, иной раз это целые комплексы) через приспособленные для этого окна в корпусе движка с целью придания им определенных плавных очертаний и ликвидации, тем самым, очага концентрации напряжений.

Попадание посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

Осмотр двигателя с применением спецсредств контроля.

Эта операция проводится чаще всего даже без съема двигателя с самолета.

Для таких операций больше приспособлены ТРД и ДТРД с малой степенью двухконтурности. Зато современные турбовентиляторные двигатели, как я уже выше говорил, имеют возможность замены лопаток вентилятора и целых модулей без снятия двигателя с самолета.

Вобщем, мысль научная не стоит на месте. Современные двигатели становятся все совершеннее. Такое понятие, как попадание посторонних предметов в двигатель конечно актуальность свою не потеряло, но зато утратило некую безысходность :-) . Движки становятся все более защищенными и ремонтно-пригодными. А значит и весь самолет становится надежнее. Это совершенно точно :-) .

Некоторым особняком в этом вопросе (я бы так сказал :-) ) стоит проблема столкновения с птицами в воздухе. Но об этом уже в следующей статье.

А в завершении рекомендую посмотреть два видеоролика. Самолет АН-24, оборудованный двумя турбовинтовыми двигателями ( в определенном смысле родственники ТРД) совершает взлет из аэропорта (если так можно сказать :-) ) Бодайбо. Первый ролик – вид со стороны, второй – из салона самолета. Хотелось бы посмотреть на его движки внутри :-) … Но раз летает, видимо у него все в порядке и с конусом разлета и с защитой воздухозаборника :-)

Добавлю еще ролик, на котором видно, на какие аэродромы садятся сейчас самолеты. Самый обыкновенный грунт. И камни, я думаю, там тоже самые обыкновенные :-)

Буду рад видеть вас на своем сайте. Спасибо, что дочитали до конца :-)

Фотографии кликабельны.

{lang: 'ru'}
Вам было интересно? Расскажите об этом друзьям:
Приглашаю к общению:

No related posts.

This entry was posted in АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ, МИР АВИАЦИИ and tagged . Bookmark the permalink.

17 Комментариев: О проблеме попадания посторонних предметов в двигатель летательного аппарата.

  1. Светлана говорит:

    Ничего себе!!! Конечно, и раньше имела представление об опасности попадания посторонних предметов в двигатель. Но не настолько! И сколько, оказывается, техники используется для очистки поля! Проблема очень серьезная!

  2. Настя говорит:

    Здравствуйте. Я совсем недавно увлеклась самолётами и всем, что с ними связано, поэтому простите мне мою некомпетентность в дальнейшем монологе или как-то так :)
    Дело в том, что меня всю мою недолгую жизнь интересовал вопрос: а как должен вести себя лётчик при аварии? Допустим, вот случилось какая-то чс в воздухе. Всё. Дальнейшее продолжение полёта невозможно. Как быть? Сажать самолёт? А если почему-либо отказал двигатель? А если какая-нибудь ещё неисправность, которую вот так на раз два не поправишь?
    Вообще, я об этом вот только сейчас, прочитав статью, вспомнила. А то читала я пару раз такие рассказы про лётчиков, пытающихся посадить в воздухе разваливающийся корабль… Понимаю, что писателям в технической стороне вопроса доверять не стоит, а узнать о стратегии поведения в подобных случаях (если она есть, конечно :) ) было бы интересно.
    Заранее спасибо, и извините, если что – не знала, куда ещё вопрос написать :)

    • SteamDwarf говорит:

      Ваш вопрос достоин не одной книги, и не десятка…
      /lib.ru/MEMUARY/ERSHOW_W/aerofobiya.txt
      и вообще, у этого автора много интересного.

      • Настя говорит:

        Спасибо)

        • SteamDwarf говорит:

          виноват, ссылку не полностью вставил
          //lib.ru/MEMUARY/ERSHOW_W/aerofobiya.txt

          • admin говорит:

            Это я поправил ссылку (и эту тоже). Делаю это из seo-соображений. Думаю любой заинтересованный пользователь поймет, что надо поставить http.

        • SteamDwarf говорит:

          очень интересен Ваш отзыв на эту книгу и мнение об авторе

    • admin говорит:

      Добрый день, Настя! Извините, что поздно отвечаю, только вчера прилетел из отпуска. Как тут уже Вам написали, Ваш вопрос довольно обширен. Ответить просто и коротко на него сложно :-) . Вопрос правильных действий летчика в аварийных ситуациях разного рода рассмотрен во множестве инструкций и циркуляров. Такого рода ситуации отрабатываются на различных тренажерах и при обучении, что называется, вживую. То есть эта самая стратегия поведения конечно имеется (в том числе и в случае отказа двигателей). Однако, всему есть предел. Хотя создатели и эксплуатанты авиационной техники стараются предусмотреть все, но выполнить это реально и до конца конечно же не представляется возможным. В итоге в случае возникновения летного происшествия все сводится к сочетанию нескольких факторов, таких как условия возникновения аварии (а также стечение нескольких так называемых неблагоприятных обстоятельств), состояние и техническое совершенство техники, профессиональные (уровень подготовки) и человеческие качества летчика. Тут уж что перевесит… В небе всякое бывает. И разваливающиеся машины сажают :-) , хотя немало случаев есть, когда падают совершенно исправные аппараты из-за недоученности летного состава (для нее тоже свои причины есть).
      Ну, вот как-то так. Общие фразы, конечно, но иначе в комментариях написать невозможно. Попытаюсь может быть на подобную тему написать статью :-) … А Ершова действительно стоит почитать. Пишет он очень толково, интересно и со знанием дела…

  3. Шурик говорит:

    Здравствуйте.
    В этой статье вы упоминали о некоем преимуществе низкопланов над высокопланами. А есть ли где-то у вас на сайте (или где-то еще) статья о преимуществах низкопланов.
    И, как я заметил, тот же Антонов все свои самолёты строит в виде высокопланов. Начиная с Ан-8 и до самых новых. Может, есть какие-то исключения, но они в целом не меняют картину.
    В общем и целом – для меня, как неспециалиста, преимущества одной схемы перед другой вовсе не являются очевидными и интересно было бы об этом почитать.
    Спасибо.

    • Юрий говорит:

      Пока, к сожалению, нет у меня на сайте статей об общих схемах расположения крыла, их преимуществах и недостатках. Все собираюсь написать об этом (люди уже спрашивали :-) ), и думаю у меня это наконец-то получится :-) . Однозначно сказать какая из схем хороша, а какая плоха нельзя. Плюсы-минусы есть и там, и там, причем они многочисленны и относятся к разного рода областям практического использования. Все зависит от условий эксплуатации и предназначения самолета. В этой статье несколько акцентированно прозвучало упоминание о положительных сторонах низкопланов для того, чтобы тут же выделить недостаток, важный как раз в контексте темы статьи, то есть склонность к вихреобразованию и, соответственно, возможности попадания посторонних предметов в двигатель.

  4. Жанна говорит:

    В-целом, понятно. Проникаюсь все большим уважением к летательным аппаратам. Чем глубже понимание-тем меньше страхов. Хотя, опять жертвы под Рязанью…

  5. Ирина говорит:

    Большое спасибо за статью! эта тема – раздел моего дипломного проекта. Исследую такую неисправность, как забоина, деформация и обрыв лопатки 1ступени компрессора (ТВ3-117). Хотелось бы с Вами пообщаться по этой теме

  6. Чан говорит:

    Здравствуйте!
    У меня к вам одна просьба: мне надо знать норм размера забоины на лопатах 1ый ступени компрессора двигателя тв3-117.помогите, пожалуйста!

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

*

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>