В России создали модель устройства, предназначенного для защиты двигателей самолетов от пыли и мелкого мусора. Это нововведение позволит увеличить срок службы двигателей и обеспечит безопасную эксплуатацию воздушных судов с низко расположенными силовыми установками на взлетно-посадочных полосах и перронах, покрытых грунтом. Благодаря этому расширится география полетов, ускорится авиационное освоение российского Севера и Дальнего Востока, а отечественные самолеты получат преимущества при экспорте в страны с недостаточно развитой аэродромной инфраструктурой.
Почему в двигатели самолетов попадают посторонние частицыИсследователи из Московского авиационного института (МАИ) предложили новое устройство, которое после установки в конструкцию самолетов обеспечит защиту двигателей от попадания пыли и мелкого мусора во время взлетов и посадок.
Разработчики отметили, что усовершенствование позволит региональным и магистральным самолетам, таким как «Сухой Суперджет-100», МС-21, Boeing-737, Airbus-A320 и им подобным, осуществлять рейсы в отдалённые регионы России. Кроме того, они смогут выполнять перелеты в районы с недостаточным развитием аэропортовой инфраструктуры.
— Современные классические самолеты представляют собой планеры с двумя турбовентиляторными двигателями, расположенными под крыльями, и тремя опорами шасси. Такая схема доказала свою высокую надежность и эффективность. Однако низкое положение двигателей делает их уязвимыми к попаданию пыли и мелкого мусора, особенно при эксплуатации воздушных судов на малооснащённых грунтовых площадках, — рассказал «Известиям» автор разработки, аспирант кафедры «Проектирование и сертификация авиационной техники» МАИ Илья Ушаков.
Фото: Илья Ушаков Явление вихреобразованияПо его словам, внутрь силовых установок посторонние частицы могут всасываться вихревыми токами. При ускорении самолета перед воздухозаборниками возникает зона турбулентности, втягивающая всё, что находится на поверхности земли — от песчинок до мелких камешков. Также мусор может попасть в двигатель, вылетев из-под колес передней стойки шасси.
Как устроена воздушная защита силовых установокКонструктор сообщил, что для изучения этих процессов была создана специальная математическая модель, после чего вычисления подтвердились серией полевых экспериментов. На базе полученных данных разработали систему активного подавления вихрей. Она работает, создавая воздушные потоки, которые разрушают опасные вихри до того, как те успевают захватить посторонние частицы.
— Предполагается, что воздух для действия этой системы будет забираться прямо из двигателя — с компрессора низкого давления (этот механизм также обеспечивает работу системы кондиционирования в самолёте). Затем струи направляют по специальным каналам в область возникновения вихрей. Так формируется воздушная завеса, которая не позволяет частицам проникать внутрь силовой установки, — пояснил Илья Ушаков.
Фото: Илья Ушаков Система включена
Он уточнил, что расчетный вариант устройства предназначен для удаления частиц размером до 1 мм, которые при разгонах до скоростей 200–300 м/с могут повреждать или выводить из строя различные детали и механизмы силовой установки. В дальнейшем проект предусматривает возможность регулировки интенсивности защиты в зависимости от условий аэродрома или параметров полета.
Конструктор добавил, что мировой опыт показал — наибольший эффект достигается при модернизации самолетов, близких к окончанию эксплуатации. Их часто переводят на грузовые маршруты и удалённые направления. В связи с этим систему разрабатывают так, чтобы её внедрение требовало минимум изменений в конструкцию воздушного судна.
Как безопасно летать на аэродромы с грунтовым покрытием— В самолетах с двигателями под крыльями при движении по полосе двигатели фактически работают как «пылесосы». Механические средства защиты подвержены износу, а частицы, отскакивая, ведут себя непредсказуемо. В отличие от них предлагаемая газодинамическая система создаёт непрерывный воздушный барьер, — рассказал «Известиям» заместитель начальника НИО конструкторского сопровождения эксплуатации филиала ПАО «Яковлев» — «Региональные самолеты» Роман Федоров.
По его словам, важным является возможность регулировки интенсивности защиты. Однако отбор воздуха из компрессора снижает мощность двигателя, поэтому для каждого рейса необходим точный расчет.
Фото: Илья Ушаков Система выключенаЭксперт предположил, что это изобретение позволит авиакомпаниям дорабатывать существующие самолеты для работы на грунтовых аэродромах вместо приобретения специальных машин, приспособленных к таким условиям. Это ускорит освоение авиацией территории российского Севера и Дальнего Востока самолетами типа «Сухой Суперджет-100» или МС-21, а также улучшит возможности их экспорта в страны с ограниченной инфраструктурой взлетно-посадочных полос.
— Основная идея защиты двигателя заключается в препятствовании вихрю перед воздухозаборником затягивать мусор с поверхности полосы. Ученые рассчитали, что вероятность попадания частиц зависит от их размера и массы, что описывается числом Стокса — параметром, который помогает предсказать поведение частиц в потоке при обходе препятствий, — прокомментировал начальник отдела аэрофизики многофазных течений, разреженных газов и плазмы ЦАГИ Иван Амелюшкин.
Он подчеркнул, что важно проверять расчеты на натурных экспериментах, так как компьютерное моделирование может давать погрешности из-за настроек или особенностей расчетной сетки. Поэтому валидация моделей является обязательным этапом работы.
— В условиях высокой запыленности лопатки двигателя теряют первоначальную форму, поверхность покрывается микробороздами. Это снижает эффективность силовой установки. Сокращая такое воздействие, можно увеличить межремонтный ресурс двигателя и замедлить ухудшение его характеристик, — отметил исполнительный директор агентства «АвиаПорт» Олег Пантелеев.
Он добавил, что во всем мире основным способом решения проблемы является поддержание чистоты аэродромов и сохранение целостности искусственных покрытий. Россия движется по тому же пути. Тем не менее в стране и за рубежом еще много грунтовых взлетно-посадочных полос, на содержание которых не всегда хватает средств.
Поэтому, заключил специалист, предложенное решение актуально, особенно если его можно внедрять без значительного увеличения массы и при минимальных затратах на модернизацию самолетов.