Ученые из Перми смоделировали воздействие вулканического пепла на работу авиадвигателя

Результаты исследования опубликованы в научном журнале «Теплофизика и аэромеханика» СО РАН (2024, том 31, № 4).

Аккумуляция стекловидных отложений пепла на сопловом аппарате приводит к значительному снижению площади проходного сечения, как следствие, к непрекращающимся помпажам компрессора. В конечном итоге за этим следует выключение двигателя в полете, как это произошло 15 декабря 1989 года, когда самолет Boeing 747 попал в плотное облако пепла вулкана Редаут (Аляска, США) на высоте 7500 м. Экипаж предпринял попытку подняться над облаком вулканического пепла на номинальном режиме. В результате этого произошло выключение всех четырех двигателей, и только мастерство пилота позволило избежать катастрофы.

— При выполнении полета в условиях пепловой запыленности воздуха частицы пепла залетают в воздухозаборник двигателя, а затем через компрессор в рабочее пространство камеры сгорания, где они плавятся под влиянием высокой температуры газов (свыше 1400 °C). Попадая на поверхность лопаток соплового аппарата турбины, частицы охлаждаются и кристаллизуются, образуя отложения. Пространство между лопатками уменьшается. Это ведет к потере газодинамической устойчивости компрессора и выключению двигателя, — поясняет Тарас Абрамчук, заместитель начальника отдела камер сгорания, «ОДК-Авиадвигатель».

Пермские ученые провели численное моделирование теплофизических процессов в камере сгорания на трех режимах работы перспективного двигателя: крейсерском, номинальном и режиме малого газа при воздействии пепла вулкана Шивелуч Камчатской гряды.

— Мы установили, что объем высокотемпературных зон внутри камеры сгорания применительно к двигателю ПД-14, в котором возможно плавление частиц вулканического пепла, на крейсерском режиме превышает 54%, на режиме набора высоты — более 81%, а на режиме полетного малого газа — не более 25,3%, что подтверждает необходимость снижения режима работы двигателя, — комментирует Диана Попова, инженер АО «ОДК-Авиадвигатель», аспирант кафедры «Авиационные двигатели» Пермского Политеха.

— Полученные результаты полностью подтверждают рекомендации Международной организации гражданской авиации (ИКАО) понизить тягу двигателей до малого газа для уменьшения объемов зон, где может происходить плавление частиц. Затем покинуть облако пепла, развернув воздушное судно на 180 градусов. Выход на номинальный режим для облета облака сверху недопустим, — дополняет Алексей Саженков, помощник управляющего директора «ОДК-Авиадвигатель», кандидат технических наук.

Исследование ученых АО «ОДК-Авиадвигатель» и Пермского Политеха помогло оценить зоны плавления частиц вулканического пепла и установить режимы, во время которых существует риск выключения двигателя. Это позволит сделать полеты более безопасными.