Двигателя пс-90а:

1 – входная кромка; 2 - торец пера; 3 – выходная кромка

Рисунок 7.7 - Распределение повреждений по длине лопатки первой ступени

Квд двигателя пс-90а:

1 – входная кромка; 2 – выходная кромка

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.

Рисунок 7.8 - Пример норм по допустимым забоинам на лопатках компрессора

Рисунок 7.9 – 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.

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, имеют возможность замены лопаток вентилятора и целых модулей без снятия двигателя с самолета.

7.4 Защита от попадания пп

Повреждения газовоздушного тракта в основном происходят от попадания в двигатель частиц износа с ВПП, пыли, льда, воды, проволоки, щеток снегоочистителей, града, птиц и т.д. В зимнее время уровень съема двигателей по забоинам на лопатках превышает уровень съема в летнее время. Это объясняется ухудшенным состоянием ВПП и рулежных дорожек зимой из-за образования на них льда и внедрения в него твердых частиц.

Преимущественно попадание посторонних предметов и частиц в газовоздушный тракт компрессора происходит:

- во время рулежки, разбега и пробега из-под передних и основных колес шасси (рисунок7.10);

- из-под струй газов при позднем закрытии створок реверса тяги при посадке самолета;

- при работе двигателя на стоянке из-за возникновения вихревого жгута под воздухозаборником на поверхности ВПП.

В настоящее время определены основные направления защиты двигателя от повреждений:

- предотвращение попадания посторонних предметов в воздухозаборник;

- очистка воздуха на входе в двигатель от посторонних предметов;

-создание «самозащищенных» двигателей, приспособленных к сохранению работоспособности в условиях попадания на вход посторонних предметов.

Рисунок 7.10 – Заброс ПП в двигатель

Например, для предотвращения попадания посторонних предметов в воздухозаборник, 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.

Для таких двигателей («самозащищенных») 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.

Рисунок 7.11 – Широкохордные лопатки двигателя SAM-146 (SSJ-100)

Также кок 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.

Предотвращение попадания посторонних предметов в воздухозаборник осуществляется следующим комплексом мероприятий:

- применением на колесах шасси щитков (рисунок 7.12, 7.13);

- отработкой методики взлета;

- защитой от образования вихря (рисунок 7.14). 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.);

- совершенствованием покрытий аэродромов и улучшением качества ухода за ними.

Рисунок 7.12 – СУ-24М с грязевым щитком на передней стойки шасси

Рисунок 7.13 – Boeing-737 с защитным щитком на передней стойки шасси

Рисунок 7.14 – Антивихревой рассекатель для защиты двигателя

Также 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.

Также взаимное расположение передней стойки и двигателей 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, занимается ЛИИ им. Громова.

Рисунок 7.15 – Схема возможного конуса разлета посторонних предметов из-под передней стойки

Рисунок 7.16 – Конус разлета ПП (в данном случае вода с ВПП) в данном случае вода с ВПП на практике

Или, как показано на рисуноке7.17, для самолетов с задним распоожением двигателей.

Рисунок 7.17 – Возможная область защиты воздухозаборников двигателя фюзеляжем и крылом

Очистка воздуха на входе в двигатель от посторонних предметов осуществляется:

• применением управляемых сеток или щитков (рисунок 7.18), перекрывающих вход в двигатель на соответствующих режимах;

• использованием искривлений воздухоподводящих каналов для организации инерционной очистки воздуха путем установки в местах поворота потока оконловушек;

• применением роторных систем защиты, в которых очистка воздуха от посторонних предметов осуществляется специальной ступенью, установленной перед входом в двигатель (рисунок 7.11).

Рисунок 7.18 – МИГ-29СМТ с закрытыми защитными щитками

Воздухозаборники двигателей МИГа 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 закрываются вновь, а также открываются при выключении двигателя.

Для питания двигателей воздухом при закрытых панелях в верхней поверхности наплывов крыла предусмотрены специальные 5-секционные входы (рисунок 19), которые прикрыты подпружиненными панелями, открывающимися при создании разрежения в канале воздухозаборника.

На «самозащищенных» двигателей устанавливаются:

• кок, который 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;

• используется система струйной защиты;

Конструкции современных двигателей позволяют ремонтировать поврежденные лопатки вентиляторов и КПД вплоть до замены модулей без съема двигателя с самолета. В то же время повреждения КВД ведут к досрочному съему двигателей и их полной переборке.

Рисунок 7.19– Истребитель МИГ-29 с верхними входами

Анализ повреждений проточной части компрессоров показывает, что соответствующей компоновкой компрессоров, профилированием лопаток и проточной части, использованием систем сдува вихря и ПОС можно существенно снизить вероятность повреждения лопаток КВД.

Для разработки мероприятий по предотвращению попадания постороннего предмета в газовоздушный тракт необходимо ясно представлять себе процессы, вызывающие вихревое засасывание предметов, и как влияют конструктивные и эксплуатационные параметры на интенсивность засасывания. Для этого рассматривается кинематическая структура потока около воздухозаборника двигателя при его работе над поверхностью аэродрома.