Авиация России

На нашей планете зарегистрировано более тысячи активных вулканов, которые в случае извержения представляют серьёзную угрозу для воздушного транспорта. Выбросы вулканического пепла в атмосферу создают обширные облака, воздействующие на воздушные суда, повреждая их фюзеляж и аэродинамические поверхности. Более того, попадание пепла внутрь двигателей является повышенным фактором риска. Накопление частиц пепла на сопловом аппарате турбины может привести к критическому снижению объёмов поступающего в турбину воздуха и, как следствие – к помпажу компрессора с последующим отключением двигателя.

Численное моделирование процессов, происходящих внутри двигателя при попадании вулканического пепла проводится специалистами АО «ОДК-Авиадвигатель» совместно с Пермским национальным исследовательским политехническим университетом. В рамках исследования выполнены оценки объёмов высокотемпературных зон, где частицы пепла могут переходить в жидкую фазу, представляя наибольшую опасность. Полученные данные позволяют более точно понять механизмы воздействия пепла на работоспособность авиационных двигателей. Подобные исследования служат увеличению безопасности полётов.

«Накопление стекловидных отложений пепла на лопатках соплового аппарата влечёт за собой уменьшение площади проходного сечения, что способствует появлению помпажа компрессора, который не является штатным режимом работы двигателя. В 1989 году самолёт Boeing 747 столкнулся с облаком пепла от вулкана Редаут, что привело к отключению всех четырёх двигателей из-за скопления частиц пепла. Лишь благодаря профессионализму пилотов удалось избежать катастрофы. Подобные события делают изучение данной проблемы чрезвычайно актуальным», – рассказали в Политехе.

Вулкан Шевелуч внёс корректировки в маршруты полётов в районе Камчатки

При попадании частиц пепла в камеру сгорания двигателя, они подвергаются воздействию высоких температур, достигающих 1400 °C, что вызывает их плавление. Затем, на лопатках соплового аппарата пепел охлаждается и кристаллизуется, образуя отложения, уменьшающие зазоры между лопатками. Уменьшение проходного сечения ведёт к потере газодинамической устойчивости компрессора, а затем к отказу двигателя. Эти физико-механические процессы требуют тщательного изучения влияния вулканического пепла на различные режимы работы двигателя.

По словам инженера АО «ОДК-Авиадвигатель», аспирант кафедры «Авиационные двигатели» Пермского Политеха Дианы Поповой, численное моделирование теплофизических процессов в камере сгорания двигателя ПД-14, проводимое на трёх режимах работы – крейсерском, номинальном и малого газа, показало различные объёмы зон плавления пепла.

«Объём высокотемпературных зон на крейсерском режиме превышает 54%, на номинальном режиме – более 81%, а на режиме малого газа не превышает 25,3%. Это свидетельствует о необходимости снижения режима работы двигателя при попадании в облака вулканического пепла для минимизации воздействия», – прокомментировала Диана Попова.

Результаты исследований подтверждают рекомендации ИКАО о необходимости снижения тяги двигателей до малого газа при попадании в облака вулканического пепла и необходимости покинуть облако пепла обратным курсом. Использование номинального режима для облёта облака сверху недопустимо из-за высокого риска отказа двигателей.

Двигатель ПД-14 испытали пеплом камчатских вулканов

В 2021 году в ЦИАМ прошли испытания газогенератор двигателя ПД-14 вулканическим пеплом. В соответствии с программой испытаний имитировались условия полёта самолёта на крейсерском режиме в течение одного часа. Для работы был использован пепел камчатского вулкана Шивелуч. Час нахождения ПД-14 в агрессивной среде не привёл к изменению его характеристик. Силовая установка, разработанная пермским «ОДК-Авиадвигатель», подтвердила безопасность при полёте через облако пепла.

«В газогенератор подавали пепел и наблюдали за поведением двигателя. После этого мотор полностью разобрали и оценили воздействие вулканических осадков на детали. Пепел значительного влияния на элементы проточной части не оказал», – рассказали тогда в ЦИАМ о ходе испытаний.

186