Учёные из Перми провели компьютерное моделирование процессов передачи тепла в камере сгорания при работе современного авиационного двигателя в условиях воздействия вулканического пепла, выброшенного вулканом Шивелуч на Камчатке, в трёх режимах: крейсерском, стандартном и режиме пониженной мощности.
На нашей планете существует более тысячи активных вулканов. Выбросы вулканического пепла в атмосферу представляют серьёзную угрозу для воздушных судов.
Пепел может повредить фюзеляж и аэродинамические поверхности самолёта, а также турбореактивные двигатели. Если частицы пепла накапливаются в сопловом аппарате, это может привести к отключению двигателя.
В условиях растущего объёма авиаперевозок по всему миру особое внимание уделяется безопасности полётов. В том числе оценивается, насколько устойчиво будут работать двигатели, если самолёт окажется в облаке вулканического пепла.
Учёные АО «ОДК-Авиадвигатель» и Пермского Политеха впервые провели численную оценку объёмов высокотемпературных зон в двигателе, где частицы пепла переходят в жидкое состояние и представляют опасность. Итоги исследования были опубликованы в научном журнале «Теплофизика и аэромеханика» СО РАН.
Накопление стекловидных частиц пепла на сопловом аппарате приводит к существенному уменьшению площади проходного сечения, что, в свою очередь, вызывает постоянные помпажи компрессора. В итоге это может привести к остановке двигателя в полёте, как это произошло 15 декабря 1989 года с самолётом Boeing 747, который попал в облако пепла вулкана Редаут (Аляска, США) на высоте 7500 метров.
Экипаж попытался подняться над облаком вулканического пепла на номинальном режиме работы двигателей, но это привело к отключению всех четырёх двигателей. Только мастерство пилота позволило избежать катастрофы.
«В процессе полёта в условиях, когда в воздухе присутствует пепел, его частицы проникают в двигатель через воздухозаборник. Затем они попадают в компрессор, а оттуда — в камеру сгорания, где подвергаются воздействию высокой температуры газов (более 1400 °C). Когда частицы пепла оказываются на поверхности лопаток соплового аппарата турбины, они охлаждаются и кристаллизуются, образуя отложения. Это приводит к уменьшению пространства между лопатками и, как следствие, к потере газодинамической устойчивости компрессора и остановке двигателя», — объясняет заместитель начальника отдела камер сгорания «ОДК-Авиадвигатель» Тарас Абрамчук.
Учёные из Перми провели компьютерное моделирование процессов теплопередачи в камере сгорания при работе перспективного двигателя на трёх режимах: крейсерском, штатном и режиме малого газа. В ходе моделирования учитывалось воздействие вулканического пепла, выброшенного вулканом Шивелуч на Камчатке.
«Мы определили, что в двигателе ПД-14, способном плавить частицы вулканического пепла, объём высокотемпературных областей в камере сгорания на крейсерском режиме превышает 54%. На режиме набора высоты этот показатель составляет более 81%, а на режиме полётного малого газа — не более 25,3%. Это подтверждает необходимость снижения мощности двигателя», — поясняет инженер АО «ОДК-Авиадвигатель» и аспирант кафедры «Авиационные двигатели» Пермского Политеха Диана Попова.
«Результаты исследования полностью согласуются с рекомендациями Международной организации гражданской авиации (ИКАО) о снижении тяги двигателей до малого газа для уменьшения зон возможного плавления частиц. После этого необходимо покинуть облако пепла, развернув воздушное судно на 180 градусов. Выход на номинальный режим для облёта облака сверху запрещён», — подчёркивает помощник управляющего директора «ОДК-Авиадвигатель», кандидат технических наук Алексей Саженков.
Учёные АО «ОДК-Авиадвигатель» и Пермского Политехнического университета провели исследование, которое позволило определить области плавления частиц вулканического пепла и установить условия, при которых существует вероятность остановки двигателя во время полёта. Это исследование поможет повысить безопасность полётов, сообщает издание «Жуковский.Лайф».