Комов  Алексей  Алексеевич,  д.т.н.,  доцент, начальник отдела научных исследований,  профессор  кафедры  ДЛА  Московского  Государственного Технического  Университета  Гражданской  Авиации, отличник воздушного транспорта, награжден медалью «В память 850-летия Москвы».

Фадин    Сергей   Сергеевич,    аспирант   кафедры   ДЛА   Московского Государственного   Технического   Университета  Гражданской  Авиации. Награды:  премия  для  поддержки талантливой молодёжи "Победитель" на НТТМ-2013 в номинации "лучший научно-исследовательский проект"; диплом победителя  и  наручные часы правительства Москвы за победу в конкурсе "Полёт мысли: авиация и космонавтика" на МАКС-2013.

Для всех отечественных ВС, независимо от типа, его компоновки, габаритов, взлетного веса, количества и расположения двигателей (в хвостовой части фюзеляжа или на пилонах), взлетной тяги двигателей, величина обратной тяги двигателей одна и та же, а именно Rобр = 3600 кг/с.

Еще более удивительным является выбор скорости пробега ВС, на которой руководство по летной эксплуатации (РЛЭ) рекомендует выключать реверс тяги во избежание попадания в двигатели посторонних предметов с поверхности аэродрома – эта скорость пробега для всех ВС одна и та же, а именно V = 120 км/ч.

Заброс твердых посторонних предметов с поверхности аэродрома реверсивными струями зависит, прежде всего, от компоновки силовой установки на ВС, от направления истечения реверсивных струй и от величины обратной тяги двигателя. Поэтому реальные скорости пробега ВС, на которых происходит заброс реверсивных струй в двигатели, и, следовательно, твердых посторонних предметов, отличаются от скорости, рекомендованной РЛЭ. Причем заброс и реверсивных струй и посторонних предметов происходит на значительно большей скорости пробега (данные получены по результатам натурных и расчетных исследований).     

Эксплуатация отечественных самолетов показала недостаточную защищенность двигателей от повреждений твердыми посторонними предметами, забрасываемыми с поверхности аэродрома. Наиболее полной и исчерпывающей характеристикой уровня защищенности двигателя в заданной компоновке воздушного судна можно считать показатель «количество посадок ВС на один досрочный съем двигателя по причине повреждения посторонними предметами», который учитывает одновременно несколько параметров, такие как компоновку двигателя в составе ВС и вероятность повреждения двигателя в процессе эксплуатации.

Если значение этого показателя для основных типов двигателей и самолетов составляет величину порядка 15000…20000 посадок ВС на один досрочный съем двигателя по причине повреждения посторонними предметами (для самолета ЯК-40 – 50000 посадок) [1], то для двигателя ПС-90А значение этого показателя составляет:

- в компоновке самолета ИЛ-96 – 420 посадок;

- в компоновке самолета ТУ-204 -280 посадок.

Таким образом, уровень защищенности двигателя ПС-90А на два порядка хуже уровня защищенности основного парка двигателей всех типов, спроектированных значительно раньше двигателя ПС-90А [2].

Поскольку реверс тяги, согласно АП-33, является принадлежностью исключительно только двигателя [3], и система организации истечения реверсивных струй на всех самолетах не зависит от компоновки cиловой установки на конкретном типе самолета[4], то, следовательно, проблемы, связанные с применением реверса тяги двигателя ПС-90А также должны быть однотипными.

Итак, перечислим характерные проблемы, связанные с применением реверса тяги на самолетах ТУ-204 и ИЛ-96:

- случаи неустойчивой работы двигателей («помпажи») на пробеге самолета с применением реверса тяги;

- повреждение рабочих лопаток компрессора посторонними предметами, забрасываемыми реверсивными струями с поверхности аэродрома;

- искажение показаний приборной скорости у летного экипажа на пробеге самолета.

Все указанные проблемы обусловлены неудовлетворительной внешней аэродинамикой силовой установки на пробеге ВС с применением реверса тяги. Визуальной характер распространения реверсивных струй (внешнюю аэродинамику силовой установки) на самолетах ИЛ-96 и ТУ-204 наглядно представлен на следующем слайде.

Реверсивные струи не только попадают на вход в двигатели, но и значительно ухудшают аэродинамику планера ВС. Очевидно, что истечение реверсивных струй должно быть согласовано с компоновкой самолета таким образом, чтобы избежать попадания реверсивных струй в собственный и соседний двигатели.

За рубежом оптимизации направления истечения реверсивных струй уделяют достаточно много внимания.

На слайдах видно, что направление истечения реверсивных струй на самолете Боинг-747 организовано таким образом, чтобы воспрепятствовать их попаданию в собственный двигатель.

На следующих слайдах представлена, в качестве примера, внешняя аэродинамика силовой установки самолета ТУ-204 при применении реверса тяги на пробеге. Из слайдов наглядно видна неудовлетворительность внешней аэродинамики силовой установки самолета ТУ-204.

Расчетные исследования, проведенные в МГТУ ГА, показывают, что попытки оптимизации направления истечения струй при помощи штатных решеток реверсивного устройства двигателя ПС-90А малоэффективны, что приводит, помимо указанных проблем, дополнительно к такому явлению, как возникновение «газового вала» под двигателем и фюзеляжем самолета, образованного реверсивными струями. «Газовый вал» под двигателем способствует забросу реверсивных струй на вход собственного двигателя, а «газовый вал» под фюзеляжем самолета двигателем искажает показания приборной скорости у экипажа и вызывает появление кабрирующего момента самолета.

Расчетные исследования позволили определить, что остроту указанных выше проблем, связанных с применением реверса тяги на самолете, можно значительно снизить, если не решить полностью, за счет модернизации отдельных секций реверсивных решеток двигателей ПС-90А и ПС-90А-76 (слайд

Применение модернизированных решеток реверсивного устройства двигателя ПС-90А позволяет избежать заброса реверсивных струй на вход в двигатель на скорости пробега самолета ТУ-204 как V= 160 км/ч, так и на скорости пробега, на которой РЛЭ рекомендовано выключать реверс тяги, равной V= 120 км/ч.  Более того, заброс реверсивных струй на вход в двигатель при применении модернизированных решеток реверсивного устройства двигателя ПС-90А происходит только на скорости пробега самолета ТУ-204 V= 40 км/ч.

Самолет Ил-476 является глубокой модернизацией самолетов Ил-76ТД-90 и Ил-76МФ, на которых установлены двигатели ПС-90А-76. При установке двигателей ПС-90А-76 на самолет Ил-76, при неизменности  компоновки его силовой установки, расстояние между осями соседних двигателей оказалось значительно меньше (4.25 м), чем на самолете Ил-96-300 (6 м) [5].

Поэтому самолету Ил-476 будут присущи те же проблемы, которые имели место у его предшественников – самолетов ИЛ-96 и ТУ-204, и которые приводили к дополнительным затратам на восстановление лопаток компрессора двигателей, поврежденных посторонними предметами. Наряду с этими проблемами появились проблемы, которые непосредственно влияют на безопасность полетов:

 - необходимость применения реверса тяги только внешних двигателей;

 - случаи появления трещин на силовых кольцах задних опор двигателя [5].

По дефекту появления трещин на силовых кольцах задних опор двигателя сняты с крыла и отправлены в ремонт несколько двигателей. За более чем двадцатилетнюю эксплуатацию двигателей ПС-90А на самолетах ИЛ-96-300 и ТУ-204, ТУ-214 таких дефектов отмечено не было, что свидетельствует о влиянии особенностей расположения двигателей ПС-90А-76 на самолетах ИЛ-76ТД-90, ИЛ-76ТД-90ВД и ИЛ-476 [5].

Необходимость применения реверса тяги только внешних двигателей на самолете ИЛ-476 обусловлена близким расположением реверсивных решеток внутренних двигателей и входными кромками воздухозаборников внешних двигателей, и, как следствие, забросом реверсивных струй на вход внешних двигателей, при большой вероятности проявления неустойчивой работы двигателей. Причем, заброс реверсивных струй на вход во внешние двигатели отмечается на скорости пробега самолета V = 200…220 км/ч, при скорости касания самолета поверхности ВПП на посадке V = 220…230 км/ч.

Заброс реверсивных струй в двигатели сопровождается повышением температуры и значительным падением полного давления втекающего в двигатели воздушного потока

Как видим, параметры воздушного потока, втекающего в наружные двигатели, при использовании реверса тяги внутренних двигателей при каждой посадке самолета ИЛ-476, будут близки к критическим параметрам, при которых возможно возникновение помпажа двигателей. Следует отметить, что случаи помпажа двигателей на самолете ИЛ-76МФ  отмечались на скорости пробега V = 155 км/ч, то есть на значительно большей скорости пробега, на которой РЛЭ рекомендует выключать реверс тяги (V = 120 км/ч).

На скорости пробега самолета ИЛ-476 V = 120 км/ч, согласно расчетным исследованиям, проведенным в МГТУ ГА, будет отмечаться массовый заброс реверсивных струй от внутреннего двигателя во внешние двигатели.

Расчетные исследования позволили также определить, что остроту указанных выше проблем, связанных с применением реверса тяги на самолете ИЛ-476, можно значительно снизить, если не решить полностью, за счет модернизации отдельных секций реверсивных решеток двигателей ПС-90А-76.

Внешнюю аэродинамику силовой установки самолета ТУ-154, расположенной в хвостовой части фюзеляжа, также можно считать неудовлетворительной.

Экспериментальные натурные испытания, проведенные на самолете ТУ-154, показали, что величина обратной тяги двигателей завышена на 29%, то есть длина пробега самолета (при имитации обледенелой поверхности ВПП или при торможении ВС только реверсом тяги, без применения колесных тормозов) при величине обратной тяги, равной Rобр = 3800 кг/с и R = 2700 кг/с не изменяется.

Расчетные исследования показывают, что реальная длина пробега самолета ТУ-154, при выбранной (экспериментальным и расчетным путем) величине обратной тяги, равной Rобр = 2500 кг/с, будет превышать реальную длину пробега всего на 40 метров.

Расчетные исследования показывают, что и для самолета ТУ-204 величина обратной тяги завышена, то есть избыточность величины обратной тяги для самолета ТУ-204 составляет 31%.

Эксплуатация самолетов ТУ-204 с двигателями RB-211 производится в иностранных авиакомпаниях при величине обратной тяги, равной  Rобр = 2500 кг/с, что соответствует результатам расчетных исследований.

Расчетные исследования, проведенные в МГТУ ГА для самолета МС-21, показали, что первоначально выбранная величина обратной тяги двигателей ПД-14 (Rобр = 2800 кг/с) завышена на 32%

Причем, у двигателя PW1000G, предложенного Pratt & Whiney для самолета МС-21, величина обратной тяги составляет Rобр = 1910 кгс, что также  соответствует результатам наших расчетных исследований.

В МГТУ ГА создана методика расчета, согласно которой возможно определять на стадии эскизного проектирования:

- оптимальную, для данной компоновки ВС, величину обратной тяги двигателя;

- длину пробега самолета для различных состояний поверхностей ВПП;

- оптимальное направление истечения реверсивных струй из двигателей для любых компоновок ВС;

Проведенные предварительные расчетные исследования позволяют разработать мероприятия по повышению уровня безопасности полетов, а также расширению эксплуатационных возможностей самолетов ИЛ-76ТД-90, ИЛ-76ТД-90ВД и ИЛ-476 за счет:

1. использования реверса всех четырех двигателей (в настоящее время используются внешние) до меньшей скорости пробега, что сократит длину пробега после посадки.
2. исключения опасности разрушения узлов крепления задней опоры двигателей при включении реверса тяги внутренних двигателей.
3. исключение случаев неустойчивой работы двигателей (помпажей) и повреждения рабочих лопаток компрессоров посторонними предметами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. По результатам оценки безотказности авиационных двигателей гражданской авиации: Справка-доклад/ ГосНИИ ГА, ЦИАМ. -  1991…2002. 
2. Заключение № 41292 ОАО «Авиадвигатель», Пермь, 2004.
3. Нормы летной годности двигателей воздушных судов. Часть 33. М.:МАК, 2004. – 43 с.
4. Нормы летной годности самолетов транспортной категории-М.: ЛИИ им. М. М. Громова, 1994. − 321 с.
5. Письмо заместителя Генерального конструктора-главного конструктора ОАО «Авиадвигатель» №205-513.5 от 10.11.2011.