Moskva, Moscow, Russian Federation
The ingestion in aircraft engines is one of the actual problems related to the flight safety. One of possible reasons of ingestion in the gas-air flow duct of compressor is a formation of vortex core under an air intake on a runway surface during engine working on a stop. Calculations of the solid particles’ motion in wall-free concentrated vortexes, being the analogues of vortex core have been made in this paper. The numerical results have allowed to find peculiarities of behavior for particles with different inertia (different density and sizes) in vortexes of various intensity. Based on calculations and available experimental data a dimensionless criterion had been supposed, which determines the particles’ behavior in concentrated vortex structures. Estimations for maximal time of dynamic relaxation for particles involved in the air intake by vortex cores of different intensities have been made with use of this criterion. The knowledge of particles’ dynamics in the vortex cores formed near the air intake of aircraft engines is necessary to develop the methods to protect them from possible ingestion from the runway to ensure the flight safety.
flight safety, vortex flows, particles motion in wall-free vortexes, ingestion in aircraft engines.
1. Введение
Проблема повреждения лопаток компрессоров твердыми посторонними предметами (ПП), попадающими на вход двигателя, возникла одновременно с появлением в гражданской авиации самолетов с газотурбинными двигателями. Вследствие этого большое количество двигателей снимается с самолетов задолго до выработки ими гарантийного ресурса, что нарушает регулярность рейсов и приводит к неоправданно высокой загрузке заводов-изготовителей и ремонтных предприятий. Повреждение компрессоров снижает эксплуатационную надежность двигателей и безопасность полетов.
Повреждение газовоздушного тракта происходит преимущественно вследствие попадания в него частиц износа с взлетно-посадочной полосы, пыли, льда, града, воды, проволоки щеток снегоочистителей, птиц и т.п. В настоящее время известно, что попадание ПП в газовоздушный тракт компрессора происходит вследствие трех основных причин [1]:
- во время рулежки, разбега и пробега из-под передних и основных колес шасси;
- из-под струй газа при позднем закрытии створок реверса тяги при посадке самолета;
- при работе двигателя на стоянке из-за возникновения вихревого жгута под воздухозаборником на поверхности взлетно-посадочной полосы (рис. 1, см. обл. 3 журнала).
Основные направления защиты двигателей от повреждений предполагают комплекс мероприятий, способствующих предотвращению попадания ПП в воздухозаборник, очистке воздуха на входе в двигатель от ПП и создание «самозащищенных» двигателей, сохраняющих свою работоспособность в случае попадания ПП.
1. Inozemtsev A.A., Nikhamkin M.A., Sandratskiy V.L. Osnovy konstruirovaniya aviatsionnykh dvigateley i energeticheskikh ustanovok [Basics of designing aircraft engines and power plants: a textbook for high schools]. Vol. 2. Kompressory. Kamery sgoraniya. Forsazhnye kamery. Turbiny. Vykhodnye ustroystva [Compressors. The combustion chamber. Afterburner. Turbines. Output devices]. Moscow, «Mashinostroenie» Publ., 2008.
2. Komov A.A. Raschetnye issledovaniya vliyaniya komponovki silovoy ustanovki v sostave vozdushnogo sudna na vikhrevoe techenie [Computational studies influence the layout of the power plant as part of an aircraft on a vortex flow]. Nauchnyy vestnik MGTU GA. Seriya Ekspluatatsiya vozdushnogo transporta i remont aviatsionnoy tekhniki. Bezopasnost´ poletov [Scientific Bulletin MSTUCA. Series Operation of air transport and repair of aircraft. Safety]. 2005, I. 90(8), pp. 123-128. (in Russian)
3. Komov A.A., Belousov G.G. Osnovnye zakonomernosti povrezhdeniya lopatok kompressorov aviatsionnykh GTD postoronnimi predmetami [Basic laws of damage to compressor blades GTE foreign objects]. Nauchnyy vestnik MGTU GA. Seriya Ekspluatatsiya vozdushnogo transporta [Scientific Bulletin MSTUCA. Series Operation of air transport]. 2008, I. 134, pp. 25-34. (in Russian)
4. Varaksin A.Yu. Fluid Dynamics and Thermal Physics of Two-Phase Flows: Problems and Achievements. High Temperature, 2013. Vol. 51. I. 3, pp. 377-407. DOI:https://doi.org/10.1134/S0018151X13030073
5. Kriebel A.R. Particle Trajectories in a Gas Centrifuge. Trans. ASME. J. Basic Eng, 1961. Vol. 83D, pp. 333-339.
6. Varaksin A.Yu. Clusterization of Particles in Turbulent and Vortex Two-Phase Flows. High Temperature, 2014. Vol. 52. I. 5, pp. 752-769. DOI:https://doi.org/10.1134/S0018151X14050204
7. Varaksin A.Yu., Protasov M.V., Teplitskii Yu.S. About Choice of Particle Parameters for Visualization and Diagnostics of Free Concentrated Air Vortices. High Temperature, 2014. Vol.52. I. 4. pp. 554-559. DOI:https://doi.org/10.1134/S0018151X14040257
8. Varaksin A.Yu. Physical Modeling of Tornadoes. Bezopasnostґ v tekhnosfere. [Safety in Technosphere], 2014, I. 1, pp. 77-82. DOI:https://doi.org/10.12737/1572 (in Russian)
