Научная статья на тему 'Влияние номера силовой установки воздушного судна на защищенность двигателей'

Влияние номера силовой установки воздушного судна на защищенность двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
103
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОСТОРОННИЕ ПРЕДМЕТЫ / ЗАЩИЩЕННОСТЬ АД / VARIOUS SECURITY OF ENGINES / POWER-PLANT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Комов Алексей Алексеевич, Юрин Сергей Петрович

В статье рассматриваются причины различной степени защищенности авиационных двигателей от посторонних предметов, забрасываемых колесами шасси, от номера силовой установки воздушного судна.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

NUMBER OF THE POWER-PLANT ON SECURITY OF ENGINES

The reasons of various security of engines from number of a power-plant of the plane.

Текст научной работы на тему «Влияние номера силовой установки воздушного судна на защищенность двигателей»

УДК 621.43.018

ВЛИЯНИЕ НОМЕРА СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ВОЗДУШНОГО СУДНА НА ЗАЩИЩЕННОСТЬ ДВИГАТЕЛЕЙ

А.А. КОМОВ, С.П. ЮРИН

В статье рассматриваются причины различной степени защищенности авиационных двигателей от посторонних предметов, забрасываемых колесами шасси, от номера силовой установки воздушного судна.

Ключевые слова: посторонние предметы, защищенность АД.

При эксплуатации воздушных судов (ВС) наблюдаются случаи попадания твердых посторонних предметов (1111) в двигатели, и которые могут повредить детали газовоздушного тракта двигателя. Исследования показали*, что даже после подготовки аэродромов к полетам с помощью средств наземного обслуживания на ВПП и РД остаются ПП в количестве от 25 до 435 штук общей массой от 78 до 946 г. Концентрация "опасных" для газотурбинных двигателей твердых ПП составляет в среднем около 80 "опасных" посторонних предметов на взлетном участке ВПП длиной порядка 500 м.

Рассмотрим статистические данные о повреждениях твердыми посторонними предметами двигателей ПС-90А, установленных на самолетах Ту-204 и Ил-96 [2]. Сравним уровень повреждений рабочих лопаток двигателей, расположенных слева от фюзеляжа (силовая установка № 1) и справа от фюзеляжа (силовая установка № 2).

Очевидно, что твердые посторонние предметы, попавшие на вход в двигатель, более "опасны" для рабочих лопаток компрессора малых размеров, чем для рабочих лопаток больших размеров, к каким можно отнести рабочие лопатки вентилятора. Поэтому условно разделим рабочие лопатки компрессора на две группы. В первую группу - рабочие лопатки вентилятора, вторая - рабочие лопатки подпорных ступеней каскада низкого давления и рабочие лопатки каскада высокого давления, которые обозначим индексом "КВД".

Таблица 1

Повреждения двигателей ПС-90А в составе силовой установки на Ту-204 Повреждения двигателей ПС-90А в составе силовой установки на Ил-96

СУ №1 СУ №2 СУ №1+СУ №2 СУ №3+СУ №4

65% 35% 50% 50%

Вентилятор - 37% Вентилятор - 70%

КВД - 63% КВД- 30%

Из табл. 1 видно, что двигатели ПС-90А, расположенные на самолете Ил-96 как слева от фюзеляжа (СУ №1+СУ №2), так и справа от фюзеляжа (СУ №3+СУ №4), повреждаются посторонними предметами в равной степени.

На самолете Ту-204 уровень повреждений двигателей ПС-90А, расположенных слева от фюзеляжа (СУ №1), значительно выше (65%), чем уровень повреждений двигателей ПС-90А, расположенных справа от фюзеляжа (СУ №2) -35%.

Более того, на самолете Ту-204 лопатки КВД повреждаются значительно чаще (63%), чем лопатки вентилятора - 37%, в отличие от самолета Ил-96, на котором лопатки КВД повреждаются реже - 30%, чем лопатки вентилятора (70%).

* Заключение № 41292/ОАО «Авиадвигатель». - Пермь, 2004.

А ведь это загадка, если вспомнить, что на самолетах Ту-204 и Ил-96 применяется один и тот же тип двигателя - ПС-90А. Чем же можно объяснить столь различный уровень и характер повреждений одного и того же типа двигателя, размещенного на разных типах самолетов? Ведь величина обратной тяги двигателей ПС-90А на самолетах Ту-204 и Ил-96 одна и та же, интенсивность вихревых течений, в связи с установкой двигателей на самолетах на одном и том же расстоянии от поверхности аэродрома, также не отличаются друг от друга.

Разгадка может лежать в различном уровне защищенности двигателей от посторонних предметов, забрасываемых колесами шасси, для самолетов Ту-204 и Ил-96, оцениваемая по величине коэффициента заброса Кк. Величина коэффициента заброса Кк говорит о вероятности заброса посторонних предметов колесами шасси в двигатель, которая зависит от компоновки самолета. Если компоновка самолета Ил-96 позволяет заброс посторонних предметов на вход в двигатели колесами шасси сделать маловероятным (Кк = 0,1 • 10-3), то вероятность заброса посторонних предметов в двигатели, установленные на самолете Ту-204, значительно, на порядок, выше (Кк = 0,1 • 10-3).

Определим параметры соударения твердых посторонних предметов с рабочими лопатками вентилятора двигателей ПС-90А, установленных в СУ №1 и СУ №2 самолета Ту-204. Для этого нужно определить величину таких исходных данных, как скорость и направление движения твердых посторонних предметов в момент соударения с рабочими лопатками (РЛ) вентилятора, а также окружную скорость РЛ вентилятора на определенных режимах работы двигателя.

При осевом движении постороннего предмета вид треугольника скоростей будет иметь один и тот же вид для двигателя, размещенного в СУ №1 и в СУ №2. Но, поскольку посторонние предметы, выбрасываемые колесами передней стойки шасси и попадающие в двигатели, имеют направления движения, отличные от осевого, вид треугольника скоростей движения ПП и РЛ вентилятора двигателя, расположенного в СУ №1, будет отличаться от треугольника скоростей для двигателя, расположенного в СУ №2.

При сравнении треугольников скоростей, построенных для двигателей, расположенных в СУ №1 и СУ №2, видно, что параметры соударения посторонних предметов и РЛ вентилятора двигателя СУ №1 отличаются несколько большими углами соударения и меньшими скоростями соударения, чем для двигателя СУ №2 (рис. 1).

Рис. 1. Вид треугольников скоростей 1111 и РЛ вентилятора СУ №1 и СУ №2

Дальнейшее определение параметров соударения 1111 и РЛ вентилятора будем проводить для двух режимов работы двигателей, соответствующих взлетному режиму (на разбеге самолета при взлете) и режиму "малый газ" (на пробеге самолета).

Параметры движения 1111, выброшенных колесами шасси, определим для скорости перемещения самолета Ту-204 Ус = 90 км/ч (рис. 2).

5— У,ь/

Воздухоз аборшж

—9Т5— V 1

О 1 у X, л-

1 01234567

Рис. 2. Траектории посторонних предметов, выброшенных колесами передней стойки шасси на скорости перемещения самолета Ус = 90 км/ч

Итак, расчет параметров соударения 1111 и РЛ вентилятора двигателей проводится для следующих исходных данных:

- двигатели СУ №1 и СУ №2;

- режимы взлета и посадки самолета;

- соударение с периферийной и корневой частью РЛ вентилятора.

На рис. 3 представлены результаты расчетов параметров соударения 11 и РЛ вентилятора двигателей СУ №1 и СУ №2 на разбеге самолета Ту-204.

На рис. 3 в левой части представлены результаты расчетов параметров соударения 11 и РЛ вентилятора двигателя 1С-90А, установленного в СУ №1. В правой части (рис. 3) показаны результаты расчетов параметров соударения 11 и РЛ вентилятора двигателя 1С-90А, установленного в СУ №2.

В верхней части (рис. 3) представлены параметры соударений 11 с периферийной частью РЛ вентилятора, в нижней части - углы и скорости соударений 11 с корневой частью РЛ вентилятора.

Из рис. 3 видно, что на разбеге самолета Ту-204 посторонние предметы, заброшенные в воздухозаборники двигателей СУ №1 и СУ №2 колесами передней стойки шасси, соударяются с передней кромкой РЛ вентилятора под малыми углами соударения (а = 40.. .90).

Значения скоростей соударения 11 с РЛ вентилятора двигателя СУ №2 значительно выше, чем значения скоростей соударения 11 с РЛ вентилятора двигателя СУ №1. Так, скорости соударения 11 с периферийной частью РЛ вентилятора СУ №2 составляют W = 490.500 м/с, тогда как на двигателе СУ №1 скорости соударения меньше на 100 м/с ^ = 370.400 м/с).

Скорости соударения 11 с корневой частью РЛ вентилятора значительно меньше, чем на периферийной части лопаток.

Рис. 3. Параметры соударения 1111 и РЛ вентилятора двигателей ПС-90А, установленных в СУ №1 и СУ №2, на разбеге самолета Ту-204

Особый интерес представляют параметры соударения 1111 с РЛ вентилятора на пробеге самолета Ту-204. Из рис. 4 видно, что на пробеге самолета происходит не только соударение 1111 с РЛ вентилятора, но возможно и проникновение 1111 через межлопаточное пространство

вентилятора.

Рис. 4. Параметры соударения 1111 и РЛ вентилятора двигателей ПС-90А, установленных в СУ №1 и СУ №2, на пробеге самолета Ту-204

Наибольшую опасность для дальнейшего тракта двигателя представляют твердые посторонние предметы, которые проникают через межлопаточное пространство в корневой части вентилятора и которые могут попасть на лопатки последующих ступеней компрессора двигателя. Следует обратить внимание на значение скоростей соударения 1111 с корневой частью РЛ вентилятора двигателя СУ №1, которые составляют W = 60 м/с. Лри скорости соударения более 100 м/с происходит дробление 11 на более мелкие фракции. На скорости соударения W = 60 м/с дробления 11 не происходит и твердый посторонний предмет, пройдя через ступень вентиля-

тора, может повредить последующие рабочие лопатки компрессора. Как видно на рис. 4, площадь свободного пролета 1111 в межлопаточном пространстве (f) составляет 76% площади всего межлопаточного пространства F (f = 0,76F).

На двигателе СУ №2 можно отметить более высокие значения скорости соударения (W > 100 м/с) 1111 с корневой частью РЛ вентилятора W = 120 м/с и значительно меньшую площадь свободного пролета через межлопаточное пространство (f = 0,1F).

Таким образом, вероятность проникновения 1111 через корневую часть РЛ вентилятора двигателя СУ №2 значительно меньше, чем через корневую часть РЛ вентилятора двигателя СУ №1.

Результаты расчетов показывают, что защищенность двигателей от попадания посторонних предметов с поверхности аэродрома существенным образом зависит от компоновки самолета и от номера силовой установки на самолете.

NUMBER OF THE POWER-PLANT ON SECURITY OF ENGINES

A.A. Komov, S.P. Yurin

The reasons of various security of engines from number of a power-plant of the plane.

Key words: various security of engines, power-plant.

Сведения об авторе

Комов Алексей Алексеевич, 1950 г.р., окончил МАИ (1976), доктор технических наук, главный научный сотрудник центра исследований авиадвигателей и силовых установок ВС, автор более 80 научных работ, область научных интересов - защита авиационных двигателей от посторонних предметов.

Юрин Сергей Петрович, 1985 г.р., окончил МГТУ ГА (2008), инженер центра исследований авиадвигателей и силовых установок ВС ГОСНИИ ГА, область научных интересов - защита авиационных двигателей от посторонних предметов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.