Ученые АО «ОДК-Авиадвигатель» и Пермского Политеха смоделировали воздействие вулканического пепла на работу перспективного авиационного двигателя. Оба предприятия являются членами Пермского регионального отделения Союза машиностроителей России.
Серьезную опасность для летательных аппаратов представляют собой облака вулканического пепла, выброшенные в атмосферу действующими на территории Земли ~1000 вулканов. Вулканический пепел воздействует на фюзеляж и аэродинамические поверхности самолета, а также на турбореактивные двигатели. Особо опасным воздействием вулканического пепла на двигатель является аккумуляция пеплового материала на сопловом аппарате турбины. Аккумуляция стекловидных отложений пепла на сопловом аппарате приводит к значительному снижению площади проходного сечения, и, как следствие, к непрекращающимся помпажам компрессора, в конечном итоге к выключению двигателя в полете. Как это произошло 15 декабря 1989 года при попадании самолета Boeing 747 в плотное облако пепла вулкана Редаут (Аляска, США) на высоте Hпол=7500 м. Экипаж предпринял попытку подняться над облаком вулканического пепла на номинальном режиме. В результате этого произошло выключение всех четырех двигателей General Electric CF6-80C2, и только мастерство пилота позволило избежать катастрофы.
В условиях глобального роста мировых авиаперевозок уделяется особое внимание безопасности полетов, в том числе оценивается устойчивость работы двигателей при попадании самолетов в облака вулканического пепла. Ученые АО «ОДК-Авиадвигатель» и Пермского Политеха впервые численно оценили объемы высокотемпературных зон в тракте двигателя, в которых частицы пепла переходят в жидкую фазу и представляют опасность.
– При выполнении полета в условиях пепловой запыленности воздуха частицы пепла попадают в воздухозаборник двигателя, а затем через компрессор в рабочее пространство камеры сгорания, где частицы плавятся под влиянием высокой температуры газов (свыше 1400 °С). Попадая на поверхность лопаток соплового аппарата турбины, частицы охлаждаются и кристаллизуются, образуя отложения. Пространство между лопатками уменьшается. Это ведет к потере газодинамической устойчивости компрессора и выключению двигателя, – поясняет Тарас Абрамчук, заместитель начальника отдела камер сгорания, «ОДК-Авиадвигатель».
Пермские ученые провели численное моделирование теплофизических процессов в камере сгорания на трех режимах работы перспективного двигателя: крейсерском, номинальном и режиме малого газа при воздействии пепла вулкана Шивелуч Камчатской гряды.
– Было установлено, что объем высокотемпературных зон внутри камеры сгорания применительно к двигателю ПД-14, в которых возможно плавление частиц вулканического пепла на крейсерском режиме превышает 54%, на режиме набора высоты – более 81%, а на режиме полетного малого газа – не более 25,3%, что подтверждает необходимость снижения режима работы двигателя, – комментирует Диана Попова, инженер, АО «ОДК-Авиадвигатель», аспирант кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ.
– Полученные результаты полностью подтверждают рекомендации ИКАО понизить тягу двигателей до малого газа для уменьшения объемов зон, где может происходить плавление частиц. Затем покинуть облако пепла, развернув воздушное судно на 180 градусов. Выход на номинальный режим для облета облака сверху недопустим, – дополняет Алексей Николаевич Саженков, помощник управляющего директора, «ОДК-Авиадвигатель», кандидат технических наук.
Исследование ученых АО «ОДК-Авиадвигатель» и Пермского Политеха помогло оценить зоны плавления частиц вулканического пепла и установить режимы, во время которых существует риск выключения двигателя.
