Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Попадание посторонних предметов в двигатели летательных аппаратов относится к актуальным проблемам, связанным с обеспечением безопасности полетов. Одной из причин возможного попадания предметов в газовоздушный тракт компрессора является возникновение вихревого жгута под воздухозаборником на поверхности взлетно-посадочной полосы при работе двигателя на стоянке. В статье выполнен расчет движения твердых частиц в свободных концентрированных вихрях, являющихся аналогами вихревых жгутов. Результаты расчетов позволили установить особенности поведения частиц различной инерционности (плотности и размеров) в вихрях различной интенсивности. На основании расчетов и имеющихся экспериментальных данных предложен безразмерный критерий, характеризующий поведение частиц в концентрированных вихревых структурах. С использованием этого критерия проведены оценки максимального времени динамической релаксации частиц, засасываемых в воздухозаборник вихревыми жгутами различной интенсивности. Знать динамику частиц в вихревых жгутах, формирующихся вблизи воздухозаборников двигателей летательных аппаратов, необходимо для выработки методов их защиты от возможного попадания посторонних предметов, находящихся на взлетно-посадочной полосе, с целью обеспечить безопасность полетов.
безопасность полетов, вихревые течения, движение частиц в свободных вихрях, попадание посторонних предметов в двигатели.
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. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. - М.: Машиностроение, 2008. Т. 2. Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства.
2. Комов А.А. Расчетные исследования влияния компоновки силовой установки в составе воздушного судна на вихревое течение // Научный вестник МГТУ ГА. Серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов. - 2005. № 90(8). - С. 123-128.
3. Комов А.А., Белоусов Г.Г. Основные закономерности повреждения лопаток компрессоров авиационных ГТД посторонними предметами // Научный вестник МГТУ ГА. Серия Эксплуатация воздушного транспорта. - 2008. № 134. - С. 25-34.
4. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков: проблемы и достижения (обзор) // Теплофизика высоких температур. - 2013. Т. 51. № 3. - С. 421-455.
5. Kriebel A.R. Particle trajectories in a gas centrifuge // Trans. ASME. J. Basic Eng. - 1961. Vol. 83D. - P. 333-339.
6. Вараксин А.Ю. Кластеризация частиц в турбулентных и вихревых двухфазных потоках // Теплофизика высоких температур. - 2014. Т. 52. № 5. - С. 777-796.
7. Вараксин А.Ю., Протасов М.В., Теплицкий Ю.С. К выбору параметров частиц для визуализации и диагностики свободных концентрированных воздушных вихрей // Теплофизика высоких температур. - 2014. Т. 52. № 4. - С. 581-587.
8. Вараксин А.Ю. Физическое моделирование воздушных смерчей // Безопасность в техносфере. - 2013. № 5. - С. 3-10.
