ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ В РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Эксплуатационная надежность и готовность к полету современных летательных аппаратов, помимо других факторов, в значительной мере зависит от климатических условий (температуры, влажности, ветра, осадков, атмосферного давления, солнечной радиации и др.). Вместе с тем улучшение конструкций самолетов и их оборудования, повышение мастерства летных экипажей в пилотировании и технической эксплуатации, применение усовершенствованных посадочных систем существенно уменьшают эту зависимость. Однако с атмосферными факторами пока что нельзя не считаться. Чем лучше летный и технический состав знает воздействие метеоусловий на самолет и его полет, тем безопаснее будут проходить полеты.

В результате сгорания большого количества топлива и большого расхода атмосферного воздуха современные турбореактивные двигатели развивают значительную тягу. Например, различные по мощности ТРД расходуют от 50 до 120 кГ воздуха в секунду (или от 60 до 150 м3/сек).

Следовательно, температура, давление и влажность атмосферного воздуха, поступающего в ТРД, безусловно, оказывает существенное влияние на их характеристики, надежность, а также на эффективность и безопасность полетов.

Конечно, при проектировании и конструировании двигателей средние значения указанных факторов, характеризующие условия эксплуатации двигателей, а также возможные их изменения в той или иной степени учитываются. Вместе с тем неожиданные отклонения от расчетных величин могут вызвать некоторые опасные последствия, если с ними встречаются впервые.

Известно, что с понижением температуры из-за повышения плотности атмосферного воздуха тяга реактивного двигателя увеличивается и, наоборот, уменьшается с повышением температуры. Так, изменение температуры от —30°С до +30°С приводит к уменьшению тяги на максимальном режиме до 42—45% и увеличению расхода топлива до 10%- В результате увеличиваются длина разбега, взлетная дистанция и затрудняется взлет самолета с максимальным полетным весом, ухудшается скороподъемность самолета, возрастает расход топлива. Если летчик, допустим, летал на севере, а затем на юге, тот же самолет ему покажется «тяжелым» с «утомительно» долгим разбегом и «вялым» в наборе высоты. Может даже появится сомнение в исправности двигателя.

Высокие температуры атмосферного воздуха к тому же уменьшают запасы двигателя по помпажу (по его нижней границе). Это может быть причиной заброса температуры выше допустимой и ухудшения приемистости двигателя. Особенно опасно при ограниченной полосе взлета и высоких температурах атмосферного воздуха начинать разбег с минимальной тягой, ибо из-за ухудшенной приемистости реактивного двигателя может не хватить аэродрома. В этих условиях летчик, удерживая самолет на тормозах, выводит двигатель на эксплуатационный режим, а затем, отпуская тормоза, начинает разбег, увеличивая в его процессе обороты до взлетных.

Вообще говоря, на самолетах с ТРД обязательно начинают разбег с эксплуатационного режима.

А какие неприятности таит понижение температуры атмосферного воздуха? Прежде всего оно приближает режим работы двигателя на максимальных оборотах к верхней границе помпажа. Последствия могут быть те же, что и при высоких температурах (особенно при эволюциях самолета).

Колебания температуры атмосферного воздуха по горизонтали и вертикали, географическое местонахождение самолета и его положение по высоте существенно влияют на удельный и, следовательно, часовой расход топлива, что сказывается на дальности и продолжительности полета. Кроме того, резкое падение температуры атмосферного воздуха при большой влажности может вызвать конденсацию и замерзание влаги в электрических, гидравлических и воздушных системах двигателя, не исключено также (на земле) прихватывание золотников и клапанов, а также закупоривание льдом фильтров и жиклеров; могут возникнуть неполадки в работе автоматики; усиливается коррозия деталей. Об этом надо помнить при подготовке самолета к вылету. V

Поясним физическую сущность влияния температуры и влажности воздуха на тяговые характеристики двигателя. Изменение тяги двигателя связано главным образом с количеством кислорода, поступающего с воздухом и участвующего в сгорании топлива. С увеличением температуры воздуха плотность его уменьшается, а следовательно, уменьшается и количество кислорода в единице объема. Если, например, температура воздуха будет на 5°С выше стандартной (+15°С), то плотность воздуха уменьшится примерно на 2%, соответственно снизится и вес кислорода, содержащегося в единице объема.

На тягу двигателя значительное влияние оказывает влажность воздуха.

В данном случае имеется в виду вода, находящаяся в воздухе в газообразном состоянии, так как обычная вода, содержащаяся в воздухе в виде дождевых капель или микроскопических частичек влаги, образующих туман, не вызывает даже незначительного снижения тяги двигателя. Другое дело — вода, находящаяся в газообразном состоянии. При повышении влажности воздуха происходит вытеснение сухого воздуха, а следовательно, и кислорода негорючими парами воды, что приводит к снижению тяги двигателя.

Из сказанного можно сделать вывод, что в жаркий день при большой относительной влажности воздуха самолет на взлете будет «вялым», его взлетная дистанция удлинится из-за уменьшения тяги и увеличения скорости отрыва.

Изменения давления атмосферного воздуха сказываются в основном на тяговых характеристиках двигателя. Так, например, падение атмосферного давления приводит к уменьшению тяги с такими же нежелательными последствиями, как и при падении тяги в связи с увеличением температуры и влажности атмосферного воздуха.

Серьезную опасность для двигателя представляет град, который, попадая в воздухозаборник, а затем в двигатель, может повредить лопатки компрессора и вызвать помпаж двигателя или стать причиной заклинивания его ротора.

Ливень, даже сильный, не вызывает особых нарушений в работе двигателя в полете как на максимальном, так и на других режимах. Но при полетах в облаках или тумане либо в зоне выпадения осадков при температурах атмосферного воздуха от +5° С до —12° С (в капельных облаках) и даже до —30° С (в кристаллических облаках) наблюдается обледенение двигателя и частей самолета. Обычно оно сопровождается нарастанием льда во входных устройствах, профилированных стойках, обтекателях, лопатках входного направляющего аппарата компрессора. Причем обледенение двигателя возможно в любое время года (летом и зимой), на любой высоте тропосферы и даже на различных режимах его Da- боты.

На обледенение двигателя также существенное влияние оказывают скорость полета, интенсивность и продолжительность отложения льда, наличие и тип защитного антиобледенительного устройства и своевременность его использования, не говоря уже о конструкции входного канала воздухозаборника.

Лед, откладывающийся во входном устройстве двигателя, вызывает уменьшение расхода воздуха из-за сужения проходного сечения, изменяет условия обтекания лопаток компрессора. Происходит падение его к. п. д., недопустимо растет температура газов перед турбиной и, как следствие, падают тяга и скорость самолета. Возможны также помпаж и самовыключение двигателя. Образование льда на вращающихся деталях вызывает разбалансировку ротора двигателя, что может стать причиной выхода из строя подшипников и последующего заклинивания ротора.

Горизонтальные и вертикальные воздушные потоки тоже влияют на работу ТРД. При значительном нарушении равномерности потока на входе в компрессор они могут привести к большим неприятностям. Известен случай самовыключения двигателя в полете при сильной турбулентности воздуха.

При запуске возможен помпаж двигателя из-за отрицательного влияния бокового ветра, вызывающего срыв потока воздуха на входе в воздухозаборник. Здесь уместна аналогия с обычным пульверизатором. Боковой ветер, обтекая воздухозаборник двигателя, отсасывает из сопла часть воздуха, в результате чего двигатель как бы «задыхается» из-за недостатка воздуха.

Сильный ветер в направлении к реактивному соплу затрудняет запуск двигателя и даже может вызвать помпаж. Поэтому рекомендуется перед запуском двигателя самолет развернуть воздухозаборником к ветру.

В атмосферном воздухе всегда наблюдаются неупорядоченные, вихревые (турбулентные) движения (рис. 2.6). При полете самолета в неспокойном воздухе возникает так называемая болтанка. Ее вызывают только те вихри (или течения), диаметры которых соизмеримы с размерами самолета. Различают три вида болтанки:

— частые и мелкие толчки и удары, следующие один за другим;

— относительно редкие по времени, но значительные по вертикали резкие броски;

— совместное действие частых и мелких толчков и ударов, следующих один за другим, с относительно редкими по времени, но значительными по вертикали резкими бросками.

В первом случае самолет обычно не теряет высоты, так как восходящие и нисходящие воздушные потоки имеют примерно одинаковую скорость. Но самолет периодически вздрагивает.

Болтанка второго и третьего видов наблюдается при пересечении в полете мощных кучевых и грозовых облаков. Скорости вертикальных потоков в них могут достигать 20—30 м/сек. В этих случаях летчику надо помнить, что самолет может смещаться вверх до 600—1800 м. Потоки, направленные вниз, менее сильные, и их скорости уменьшаются в нижних слоях атмосферы. «Провал» самолета может достигать 600—1000 м (рис. 2.7).

Если летчик попытается преодолеть зону болтанки набором высоты на максимальном режиме двигателей, то самолет попадет в зону уменьшения запаса продольной устойчивости. Из-за чрезмерного увеличения угла атаки на большой высоте при болтанке самолет может сорваться в штопор, а на малых высотах и максимальных приборных скоростях не исключено превышение максимально допустимой перегрузки (рис. 2.8).

При полетах на тяжелых самолетах отмечены случаи, когда перегрузки от вертикальных порывов ветра составляли: минимальные —2 и максимальные +4,1, а скорость вертикального порыва на высотах более 7 км достигала 16,3 м/сек. Так как тяжелые самолеты проектируются с эксплуатационными перегрузками порядка 3, то в отдельных случаях сильные порывы приводили в полете к деформациям самолетов. Вот почему так необходимо точное прогнозирование струйных течений, особенно на больших высотах.

Полеты в зоне активной грозовой деятельности вообще исключены. Главную опасность там представляет болтанка. Кроме того, большие неприятности приносят обильные осадки, большие электрические разряды, град и обледенение.

Непосредственное поражение самолета молнией маловероятно, но не исключено. Надо иметь в виду, что вероятность удара молнии увеличивается с увеличением скорости полета. Если самолет окажется на пути электрического разряда, то он может получить значительные повреждения. Не исключены прожоги обшивки, выход из строя радиоаппаратуры и пожары вследствие повреждения топливной системы.

В практике полетов были случаи удара в самолет шаровой молнии: в одном из них остановился двигатель, в другом — сильной вспышкой были ослеплены командир и штурман корабля, в кабине радиста наблюдалось искрение и на столе обуглился журнал.

Из приведенных примеров следует, что необходимо избегать попадания в грозовые облака, но если по тем или иным причинам самолет попал в район грозовой деятельности, то надо выключить ненужное радиооборудование, включить и отрегулировать подсвет приборов на полную яркость, включить обогрев ПВД, застопорить привязные ремни, перевести машину в горизонтальный полет и установить необходимую скорость. Действия рулями должны быть энергичными, но не резкими, так как это вызывает дополнительные нагрузки.

Приближение грозы можно определить по усиливающемуся треску в наушниках.

Очень важно, чтобы члены экипажа были привязаны плечевыми и поясными ремнями, ибо при сильном броске можно упустить штурвал или ручку управления самолетом и получить серьезные травмы (особенно головы) i

Немалые трудности в эксплуатации авиационной техники создают снегопады, обмерзание самолетов и аэродромного оборудования на земле, сильные ветры, пыль, высокие и низкие температуры.

Помимо снегопадов, большую опасность представляют сильные ветры (20—40 м/сек). Брезентовые чехлы рвутся, поэтому их для сохранности рекомендуется временно снимать.

Очень важно своевременно предупредить инженерно-технический состав об ожидаемом сильном понижении температуры (—30°С и ниже), так как в этом случае возникают дополнительные трудности при подготовке авиационной техники к полетам и увеличивается число ее отказов.

При понижении температуры уменьшается эластичность резиновых уплотнительных изделий и, как следствие, нарушается герметичность силовых цилиндров и гидроподъемников; увеличивается время подготовки техники к полету из-за удлинения подготовки средств наземного обслуживания (автотягачей, топливозаправщиков и др.) и удлиненного прогрева приборного и радиотехнического оборудования; снижается емкость аккумуляторов; отказывают системы запуска силовых установок из-за попадания и замерзания влаги в пусковых блоках.

Отрицательно сказываются низкие температуры на силовой установке, так как каждая более длительная остановка влечет за собой некоторый тепловой удар, значительный износ подшипников и других деталей.

Для подготовки самолетов к полету зимой требуется больше времени, чем летом. Так, при температуре — (40-45)°С прогрев приборов занимает 0,5—0,75 час. Снятые на морозе приборы для производства на них регламентных работ отпотевают, и их сушка занимает около 3 час.

В дождливую или туманную погоду создаются наиболее благоприятные условия для коррозирования деталей. Например, в одном авиапарке на реактивном самолете отказал агрегат тормозной системы. Причиной тому было заедание деталей из-за коррозии пружины сердечника вследствие скопления влаги в корпусе. Этого можно было избежать, своевременно удалив влагу из тормозной системы.

Еще более благоприятные условия создаются для коррозии деталей в районах с повышенной влажностью, высокими температурами и периодическими пыльными бурями. Пыль, проникая и скапливаясь в труднодоступных местах, хорошо конденсирует в себе влагу и создает очаг коррозии. Это можно предупредить, если своевременно осмотреть, очистить от грязи и пыли и смазать все трущиеся пары и детали, подверженные коррозионному поражению (смазочное масло создает хорошую пленку, защищающую от воды). Хромированные поверхности протирают насухо и покрывают тонким слоем жира без примеси кислот (например, оружейным салом). Чтобы не замерзали и не коррозировали замки, их смазывают жировыми смазками или смесью, приготовленной на основе касторового масла и спирта (гидросмесь)

Значительное влияние на самолеты (вертолеты) оказывает также пыльность аэродромов, обусловленная характером грунтов и отсутствием осадков в летнее время, приводящая к сильному запылению и загрязнению их как во время стоянок, так и в процессе полетов. Особенно сильно техника загрязняется после большого ветра и пыльных бурь. Мелкая пыль проникает почти во все механизмы и узлы, вызывая преждевременный износ сочлененных деталей, узлов органов приземления, подшипников, шарниров навески рулей управления и др. Попавшие в смазку вместе с пылью абразивные вещества вызывают ускоренный износ подшипников реактивных двигателей. В условиях повышенной пыльности подшипники трансмиссии изнашиваются в три раза быстрее, чем в районах, имеющих умеренную пыльность. Находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии пылинки попадают в горючее во время заправки самолетов, а также засасываются компрессором в двигатель. В результате происходит размывание каналов топливных форсунок и резкий износ лопаток компрессора. Так, например, в районах с повышенной пыльностью выход из строя жаровых труб в три с половиной раза больше, чем в обычных условиях. Для уменьшения вредного влияния запыленности воздуха рекомендуется самолеты разворачивать против ветра и герметизировать кабины, все люки, воздухозаборники, реактивные насадки плотно закрывать заглушками и чехлами.

Влияние метеорологических факторов на работу авиационной техники пока что велико. До последнего времени метеослужба информировала только летный состав и руководителей полетов о состоянии погоды в районе предстоящих полетов. Очевидно, метеорологическая информация должна также доводиться и до инженерно-технического состава. Это позволит ему своевременно принять меры для обеспечения надежной сохранности авиационной техники и поддержания ее в исправности.

Техническая эксплуатация авиационной техники. М., Военное издательство, 1967.