logo


В ходе сертификационных испытаний основным считают прохождение тестов на птицестойкость и на разрушение лопаток вентиляторов в полете. В новой редакции сертификационных правил FAA, вступивших в действие в этом году, большое внимание уделено третьему компоненту – обледенению, точнее, попаданию льда в двигатель.
Д

ополнения по обледенению, введенные в Part 33 и опубликованные в июне 2010, являются частью большого пакета мер, направленных на модификацию достаточно старых сертификационных правил, относящихся и к двигателям, и к самолетам. Впрочем, двигатели в США сертифицируют по двум наборам правил: сначала по Part 33 как отдельный агрегат, потом по Part 25 в рамках сертификации типа самолета в целом. Понятно, что главные тесты движок проходит по Part 33, и теперь они будут включать воздействие переохлажденных водяных капель (известных как «ледяной дождь», мелких кристаллов льда, подобных тем, что образуются на больших высотах, а также имитацию долгого нахождения самолета на аэродроме в условиях обледенения).

Одним из инцидентов, вызвавших доработку сертификационных правил по обледенению, была катастрофа самолета ATR72 авиакомпании American Eagle в 1994 году. Эта машина и ее антиобледенительная система были сертифицирована на воздействие обычной мороси, которая застывает в лед, едва попав на поверхность. Но, по мнению исследователей этой катастрофы, злосчастный ATR попал под воздействие ледяного дождя, капли которого имеют диаметр в 10, а то и 100 раз больший, чем у мороси, а температуру несколько ниже нуля. При попадании на поверхность в таких каплях начинается интенсивная кристаллизация, и масса льда начинает быстро увеличиваться. В прошлом году в Москве и Подмосковье прошел такой дождь и результаты, как известно, были весьма серьезные. Прошел ледяной дождь и в этом году, не создав трудностей, из-за слабого мороза. Антиобледенительная система ATR с таким нарастанием не справилась: лед образовывался не только на передней кромке крыла, но и за ней, до элеронов. В результате масса льда достигла такой величины, что самолет получил значительный крен, с которым экипажу не удалось справиться, и разбился.

Такой дождь угрожает не только самолетам в целом, но и двигателям: хотя критические части последних (губы воздухозаборника, кок, направляющий аппарат) имеют нагревательную антиобледенительную систему, лед все равно способен нарасти в других частях двигателя, особенно при длительной стоянке самолета и работе на холостом ходу. При последующем увеличении тяги для руления или взлета все эти обрастания отрываются и летят в двигатель, в том числе в компрессор. Результат – парообразование в двигателе, падение тяги, изменение течения вплоть до срыва пламени и остановки двигателя.

«Холодные старты» и ранее включались в сертификационные правила, но усовершенствования в двигателях и увеличение трафика в аэропортах заставляют несколько уточнить их. Принятый сертификационный лимит простоя на холостом ходу – полчаса, и сейчас сроки ожидания самолетов на земле перед вылетом из-за плотного графика вылетов в аэропортах увеличились и нередко вплотную подбираются к этой цифре. Кроме того, двигателестроители стараются сделать свои изделия более экономичными, в том числе и на холостом ходу, а это приводит к тому, что двигатели меньше греются и становятся более подвержены обледенению. Соответственно, частота случаев засасывания льда в двигатели увеличивается, и, хотя последствия этого в подавляющем большинстве случаев минимальны (незначительное и обычно кратковременное падение тяги), но они вызывают нервозность экипажей и иногда, при постепенном влетании льда в двигателей и продолжительном падении тяги, становятся причиной возникновения подозрений в возникновении неполадок в двигателе вплоть до отказа от взлета.

В новую редакцию сертификационных правил FAA ввела требование разработки конкретной методики увеличения оборотов двигателя после длительного простоя на холостом ходу двигателя, которая должна войти в РЛЭ самолета.

Кроме нарастания льда, в двигатель попадает и снег, в том числе и под давлением (в метель), а также мелкие ледяные кристаллы. Этот последний фактор стал изучаться только в последнее время, после того, как NASA обобщила статистику по отказам и сбоям двигателей на больших высотах. С 1989 года таких случаев набралось около 100, по мнению ученых, они могут быть объяснены попаданием самолетов в облака мелких ледяных кристаллов. Чтобы детально все выяснить, FAA и другие организации начали серию экспериментов с участием летающей лаборатории на базе Gulfstream II. Полеты этой машины, которые будут проходить в Австралии в этом и следующем году, позволят исследовать ледяные облака и уточнить сертификационные нормы, их касающиеся. Тем не менее в Part 33 уже внесены требования по устойчивости к ледяным кристаллам, которые будут уточнены по результатам экспериментов где-то к 2015 году.

В любом случае, теперь условия сертификации стали более жесткими. И движок при всех этих условиях должен сохранять тягу, не выходить за пределы штатных температурных режимов, не глохнуть, не сбрасывать обороты. И лед не должен повреждать детали двигателя.

В ходе подготовки к сертификации производитель определяет граничные условия эксплуатации двигателя, после чего в соответствии с циркуляром FAA выбираются условия тестирования – размер и объемное содержание в воздухе ледяных капель и кристаллов, температуры, при которых будут проходить испытания и прочее. Исходя из анализа критических точек режимов двигателей создается план испытаний, состоящий из 15-20 этапов. После одобрения плана испытаний в FAA начинаются практические гонки двигателей в испытательном центре. Продолжительность испытаний составляет от 4 до 6 недель.

К

оличество испытательных центров, удовлетворяющих условиям, в которых двигатели должны тестироваться по Part 33, в Америке невелико – всего четыре. Это военные Arnold Engineering Development Center в Теннесси и McKinley Climatic Laboratory во Флориде, и гражданские, фирмы General Electric и лаборатория газовых турбин Canadian National Research Centre, где испытывают Pratt&Whitney и Rolls-Royce. Оба гражданских центра находятся в Канаде, в провинции Манитоба, где естественные условия весьма подходят для экспериментов в условиях пониженных температур. Не Флорида, однако.

Но даже в Манитобе для испытаний по обледенению условия не всегда благоприятны. Требуются температуры от -2 до -20 град. С, так что тесты назначаются обычно на октябрь-ноябрь или март-апрель. Впрочем, «холодный старт» лучше имитировать в январе – для прочих испытаний он слишком холодный, зато самолет быстрее остывает и на нем быстрее намерзает лед.

Испытания на всасывание льда проводятся крайне просто: самолет ставят, обрабатывают тем же ледяным дождем, потом резко увеличиваю обороты двигателя. Наросший в районе входного тракта лед влетает в двигатель и остается только фиксировать параметры. Правда, кроме этих «тестовых точек» приходится снимать данные и на так называемых «инженерных точках». В этом случае лед не «сбрасывают» в двигатель, а тщательно изучают его размещение и количество, чтобы соотнести их с результатами соответствующих тестов.
Сами тесты не слишком продолжительны – от 10 минут до часа, нужное содержание в воздухе воды, снега и льда создается при помощи вышек с распылителями.

Любопытно, что изменения в правилах идут в конечном итоге от потребителей. Именно авиакомпании требуют от двигателестроителей более длительного нахождения самолета на земле с двигателями, работающими на холостом ходу – естественно, в любую погоду. Раньше испытания ограничивались 30-60 минутами обработки самолета холодным туманом, в ходе которой на полчаса двигатель ставился на холостой ход, теперь авиакомпании хотят, чтобы самолет находился в условиях обледенения на холостом ходу час и даже два, ожидая разрешения на вылет. Они же отмечают, что лед, наросший во внешнем контуре двигателя, при увеличении тяги вылетает из движка с большой скоростью и при соответствующей массе может повредить недалеко запаркованные другие самолеты. так что ведущие производители авиадвигателей уже начали оснащать свои движки обогревом на случай длительного простоя на холостом ходу, и FAA оставалось только дать конкретные требования к эффективности подобных систем.

Но нельзя сказать, что на проектирование двигателей новые правила не окажут никакого влияния, поскольку двигателестроители к ним уже готовы. Правила могут преподнести им неприятные сюрпризы, поскольку традиционно испытания на обледенение откладываются на самые поздние стадии разработки двигателя, когда уже почти ничего в конструкции изменить невозможно. Остается , что называется, скрестить пальцы на удачу и надеяться, что движок сдюжит. С ужесточением правил обледенение может оказаться ничуть не меньшем камнем преткновения, нежели испытания на птицестойкость и разрушение вентилятора. И при том, что сроки разработки новых двигателей сейчас уже не пять лет, как некогда, а всего 18-24 месяца, времени на внесение необходимых изменений в конструкцию может не хватить, и график «поедет».

Имено так произошло с GE Honda Aeroengines HF120, предназначенным для японского HondaJet. В феврале 2011 года уже прошедший все остальные испытания двигатель стали испытывать на попадание кусочков льда в испытательном центре GE в Пиблс, Огайо. И тут разработчиков ждал неприятный сюрприз: «стандартная» ледышка толщиной всего в 6 миллиметров вызвала падение тяги, превышающее критерии сертификации, более того, вызвала повреждение лопаток на роторе. В результате пришлось полностью перепроектировать ротор, увеличив толщину передней кромки лопаток и изменив технологический процесс их изготовления.

В октябре того же года новый ротор успешно прошел ледовые испытания, но… Но теперь надо заново проходить все остальные тесты! GE, впрочем, оперативно провела испытания по отделению лопаток и заверила, что у «нового» HF120 с этим проблем не будет. Но это, как и многое другое, еще надо доказать во время официальных сертификационных испытаний двигателя, завершение которых тепреь намечено на второй квартал 2012 года. Сертификация, соответственно, если все пройдет гладко, состоится где-то во второй половине года.

А пока остается гонять шесть опытных двигателей с новыми дисками роторов, в том числе и на втором летном экземпляре HondaJet. А покупателям – ждать, потому как кусочек льда отсрочил сертификацию самолета и, соответственно, передачу его в эксплуатацию, на 12 месяцев – со второй половины 2012 года на вторую половину 2013 года…

Комментировать

*

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.