Исследование условий устранения попадания газов реверсивных струй и посторонних предметов с поверхности аэродрома в двигатели, расположенные в хвостовой части самолета

На рис.16 представлены результаты расчета максимальной скорости самолета Ту-154, при которой возможен заброс частиц на вход в двигатели, при посадочном (_закр = 45⁰, _инт = 50⁰) и полетном (_закр, _инт = 0) положении механизации крыла с прямыми (исходными) и диагональными решетками реверса. Значения V_с при d_эс_х^-1 = 0 соответствуют попаданию газов реверсивных струй. Расчетное исследование показало, что мельчайшие частицы (пыль, песок) могут попасть на вход в двигатель только вместе с потоком газов, который их транспортирует. Более крупные и тяжелые частицы (d_эс_х^-1 от 2…4 до 25…40 г мм см^-3) попадают на вход в двигатель при большей скорости V_с (то есть раньше по времени пробега) чем газы, так как частицы выбрасываются впереди фронта реверсивной струи. Тяжелые частицы разгоняются под действием реверсивной струи до скорости W V_c и попадают на вход в двигатель при низких значениях V_с, когда фронт реверсивной струи смещается вперед относительно воздухозаборника.

Зависимости V_с = f (d_эс_х^-1) пересчитаны в зависимости, характеризующие заброс частиц гранита, бетона, битума, льда. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными значениями V_с заброса частиц гранита (d_э 5 мм).

Моделирование процесса заброса позволило достоверно интерпретировать и обобщить результаты натурных экспериментов. Расчетное исследование дает объяснение причины меньшей эффективности диагональных решеток реверса по результатам эксплуатации по сравнению с результатами натурных испытаний. Дело в том, что испытания проводились с гранитным щебнем размером от 5 до 20 мм, а в условиях эксплуатации значительная часть повреждений компрессора вызвана попаданием опасных частиц с меньшим значением параметра d_эс_х^-1 (например, частица гранита в соединении с битумом), заброс которых происходит при более высокой скорости самолета.

На попадание газов реверсивных струй в двигатели (при постоянном режиме работы) определяющее влияние оказывает скорость перемещения самолета относительно воздушных масс и положение взлетно-посадочной механизации крыла. При наличии продольного ветра скорости перемещения самолета относительно ВПП (V_с) и относительно воздушных масс (V_?) не совпадают. На рис. 17 показаны зависимости V_c = (V_?), соответствующие забросу частиц, характеризующихся рядом значений параметра d_эс_х^-1. Из рисунка видно, что заброс частиц в большей степени зависит от V_с чем от V_? (в то время как попадание газов зависит от V_?). Влияние продольного ветра и положения механизации крыла на заброс частиц уменьшается с увеличением d_эс_х^-1 . Согласно расчету, уборка посадочной механизации крыла при пробеге самолета Ту-154 приводит к снижению но не обеспечивает устранения заброса посторонних предметов на вход в двигатели (при обеспечении устранения попадания газов реверсивных струй). Полученные результаты опровергают мнение ряда авторов о том, что о забросе посторонних предметов можно судить по попаданию в двигатели газов реверсивных струй.

Рис. 16. Изменение максимальной скорости самолета, при которой возможен заброс твердой частицы на вход в двигатель, в зависимости от параметра, характеризующего ее массу и аэродинамическое сопротивление:

Рис. 17. Изменение скоростей перемещения самолета относительно ВПП (V_с) и относительно воздушных масс (V_?), соответствующих забросу частиц d_эc_х^-1 =const (решетка реверса прямая; R_{обр макс}; _закр, _инт. = 0).

Расчетные зависимости, связывающие скорость движения самолета с параметрами твердых частиц, которые могут транспортироваться реверсивными струями на вход в двигатели, имеют общий характер для самолетов с расположением двигателей за крылом по бокам фюзеляжа.

Основные результаты и выводы

1. На самолете Ту-154 и на экспериментальных моделях проведены исследования закономерностей развития реверсивных струй, их влияния на аэродинамические характеристики самолета, заброса твердых частиц с поверхности ВПП на вход в двигатели. Получены следующие результаты:

-определены варианты конструкции решеток реверса, обеспечивающие уменьшение заброса реверсивными струями твердых частиц с поверхности ВПП на вход в двигатели;

-определены пониженные режимы работы двигателей с включенным реверсом тяги, при которых (в отличие от высоких режимов) имеет место достаточная управляемость самолета рулем направления (при включении реверса перед приземлением), а также отсутствует заброс опасных частиц во всем диапазоне скоростей пробега самолета (вплоть до его остановки);

-установлено, что выпуск интерцепторов и закрылков в посадочное положение приводит к увеличению зоны рециркуляции газов и их попаданию в двигатели; определены скорости пробега самолета, при которых происходит попадание газов в зависимости от положения механизации крыла.

2. Проведено расчетное исследование влияния средств торможения на длину пробега самолета по ВПП. Выработаны критерии сравнения эффективности реверса тяги, тормозов шасси и аэродинамических устройств торможения. С учетом экспериментальных данных по влиянию положения механизации крыла на попадание реверсивных струй в двигатели и влиянию работы реверса на аэродинамические характеристики самолета показана возможность оптимизации совместного применения реверса тяги и управления положением взлетно-посадочной механизации крыла для сокращения пробега самолета. Оптимизация предусматривает расширение диапазона применения реверса и частичную уборку устройств аэродинамического торможения в процессе пробега.

3. Разработана модель взаимодействия реверсивной струи с твердой частицей, получены уравнения движения частицы в реверсивной струе и за ее пределами. В результате расчетного исследования применительно к самолету Ту-154 (при различных положениях механизации крыла, режимах работы двигателей, скоростях продольного ветра) определены скорости пробега, при которых происходит заброс твердых частиц в зависимости от комплексного параметра, характеризующего их массу и аэродинамическое сопротивление. Характер полученных зависимостей является универсальным для самолетов с расположением двигателей в хвостовой части по бокам фюзеляжа. Установлено, что положение механизации крыла и наличие продольного ветра оказывают влияние на попадание в двигатели газов реверсивных струй и существенно меньше влияют на заброс твердых частиц. Показано, что твердые частицы выбрасываются впереди фронта реверсивной струи, что при определенных условиях приводит к их попаданию в двигатель при большей скорости пробега самолета, чем газов реверсивных струй.

Предложен метод определения суммарного относительного заброса посторонних предметов в процессе реверсирования тяги на пробеге.

4. Результаты расчетных исследований заброса посторонних предметов с поверхности ВПП на вход в двигатели и влияния работы средств торможения на длину пробега самолета удовлетворительно согласуются с результатами экспериментальных исследований, проведенных на самолете Ту-154.

5. В результате работ, положенных в основу диссертации, разработаны и внедрены на самолете Ту-154 рекомендации по повышению защищенности двигателей от попадания газов реверсивных струй и посторонних предметов с поверхности ВПП, сокращению длины пробега, обеспечению управляемости самолета при включении реверса в воздухе перед касанием ВПП. Рекомендации включают изменение пространственной ориентации реверсивных струй (диагональные решетки реверса), оптимальное управление режимом работы двигателей (система ступенчатого управления реверсом тяги) и положением механизации крыла на пробеге самолета (автоматизированная система управления механизацией крыла).

Разработанная методика посадки самолета Ту-154 предусматривает включение реверса в воздухе с выходом на максимальный режим после опускания на ВПП передних колес шасси, частичную уборку механизации крыла из посадочного положения в процессе торможения самолета, перевод двигателей на пониженный режим работы и выключение реверса при достижении скорости руления.

6. Обработка данных, полученных из эксплуатирующих организаций, показала, что внедрение диагональных решеток позволило в среднем в два раза уменьшить повреждаемость двигателей. Уборка механизации крыла из посадочного положения при пробеге приводит к устранению попадания газов реверсивных струй в двигатели, но согласно расчетным исследованиям не обеспечивает устранение заброса посторонних предметов.

Согласно экспериментальных и расчетных данных разработанная методика посадки самолета позволяет уменьшить длину пробега самолета по ВПП и снизить нагрузку на тормоза шасси, что увеличивает срок службы дисков колесных тормозов.

Список публикации по теме диссертации

Работы, опубликованные в рекомендуемых ВАК журналах:

1.Маргулис С.Г. Исследование заброса реверсивными струями посторонних предметов на вход в авиационные двигатели. Изв. вузов. Авиационная техника, № 2, 2008, с. 27-31.

2. Маргулис С.Г. Влияние изменения структуры потока за турбиной на устойчивость работы ТРДД при включении реверсивного устройства. /Хабибуллин М.Г., Маргулис С.Г., Мингалеев Ф.М., Шмерлин А.Ш., Рогов В.И.// Изв. вузов. Авиационная техника, №1, 1998, с. 107-110.

Работы, опубликованные в материалах конференции различного уровня:

3.Маргулис С.Г. Разработка и результаты внедрения мероприятий против попадания посторонних предметов в двигатели НК-8-2У при посадке самолета Ту-154. /Каховский К.В., Маргулис С.Г, Мингалеев Ф.М.// Материалы IY научно-технической конференции по проблемам защиты ГТД от повреждений посторонними предметами.-Москва, ЛИИ, 1990, с.213 - 228.

4.Маргулис С.Г. Экспериментальное исследование на моделях попадания газов в воздухозаборники силовых установок при послепосадочном пробеге самолетов Ил-86 и Ту-154. /Мингалеев Г.Ф., Костерин В.А., Гилязов М.Ш. (КАИ), Маргулис С.Г., Рогов В.И., Мингалеев Ф.М. (КПГП «Авиамотор»)// Материалы пятой межведомственной научно-технической конференции по проблемам защиты ГТД от повреждения посторонними предметами. - Москва, ЛИИ, 1992, с.187-201.

5.Маргулис С.Г. Повышение эффективности использования реверса тяги и надежности при посадке самолета с расположением двигателей в хвостовой части. / Хабибуллин М.Г., Маргулис С.Г., Рогов В.И.// Сборник трудов 5-го Международного научно-технического симпозиума «Авиационные технологии 21 века». - Жуковский, 1999, с.350 - 355.

6.Маргулис С.Г. Опыт доводки реверсивных устройств турбореактивных двигателей НК-8-2У и НК-86 на самолетах Ту-154 и Ил-86. /Маргулис С.Г., Хабибуллин М.Г., Гилязов М.Ш., Рогов В.И., Чистов И.Г.// Сборник докладов VI Международного конгресса двигателестроителей. Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», 2001, с. 186-189.

7.Маргулис С.Г. Исследования путей уменьшения попадания реверсивных струй и посторонних предметов с ВПП на вход в ГТД при посадке самолета с расположением двигателей за крылом. /Маргулис С.Г., Хабибуллин М.Г., Гилязов М.Ш., Рогов В.И.// Сборник докладов Международной научно-технической конференции, посвященной памяти Н.Д. Кузнецова. -Самара, СГАУ, 2001, с. 122 - 131.

Авторское свидетельство, патент

8.Маргулис С.Г. Устройство реверсирования тяги турбореактивного двигателя многодвигательного самолета. /Хабибуллин М.Г. Каховский К.В., Мингалеев Ф.М., Маргулис С.Г., Арандт Ю.М.// Авторское свидетельство № 1106210 СССР, 1984.

9.Маргулис С.Г. Устройство для реверсирования тяги турбореактивного двигателя. /Хабибуллин М.Г., Павлов А.Ф., Маргулис С.Г., Шмерлин А.Ш.// Патент РФ № 2157906, 2000.

Тезисы докладов

10.Маргулис С.Г. Повышение эффективности использования средств торможения самолета на ВПП при посадке. /Хабибуллин М. Г., Маргулис С.Г., Мингалеев Ф.М., Гилязов М.Ш., Мингалеев Г.Ф., Сайфиев С.У.// Тезисы докладов и сообщений на 9-м научно-техническом семинаре «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика». - Казань, КВАКИУ им. М.Н. Чистякова, 1997, с. 57.

11.Маргулис С.Г. Исследование на моделях условий попадания газов реверсивных струй на вход в двигатель, расположенных за крылом летательного аппарата. /Маргулис С.Г., Рогов В.И.// Тезисы докладов 12-го межвузовского научно - технического семинара. «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика». - Казань, КФВАУ, 2000, с. 31.

12.Маргулис С.Г. Расчетное исследование заброса посторонних предметов с поверхности ВПП во вход двигателей при реверсировании тяги турбореактивных двигателей на посадке самолета. Тезисы докладов 15-го Международного научно - технического семинара «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экономика». - Казань, КФВАУ, 2003.

13.Маргулис С.Г. Экспериментальное и расчетное исследование условий попадания на вход в двигатели твердых частиц, транспортируемых реверсивными струями с поверхности ВПП при посадке самолета Ту-154. Тезисы докладов Международной научно - технической конференции «Рабочие процессы и технология двигателей». - Казань, КГТУ - КАИ, 2005, с. 263 - 265.

Автор выражает глубокую благодарность к.т.н. Гилязову М.Ш. за помощь и консультации при выполнении работы.

Размещено на Allbest.ru