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 їй 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 газооб-

разном 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 су­. , .122

жения 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 дости-

гать 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

Рис. 2.7. Полет в болтанку в вертикальных потоках

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).

Перегрузки

і ~г

200 300 400 500 600 700 Скорос/пь полета, км/час

Рис. 2.8. Перегрузки при полете в неспокойной атмосфере

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 необхо-

димо 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 выключите 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 инженерно­технический 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, метеорологиче-

ская 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.

9 Зак. 2G4