Помпаж двигателя самолета – что это? Причины, последствия, способы устранения

Помпаж двигателя самолета – что это? Под определением следует понимать срыв работы турбореактивного агрегата авиационного судна, нарушение устойчивости его функционирования. Характерными признаками такой неполадки является возникновение хлопков, дымление, снижение тяги, мощные вибрации.

Помпаж двигателя самолета – что это такое? По сути, в корне проблемы лежит потеря устойчивого течения воздушного потока через турбину. Без принятия экстренных мер это может привести к возгоранию и разрушению двигателя.

Общие сведения о помпаже нагнетателя

1.1. Определение. Помпажом называют резкие колебания давления в системе «нагнетатель-сеть». При помпаже расход и потребляемая мощность могут изменяться от нуля до номинала, возможен периодический выброс газа из напорной полости на всас нагнетателя.

1.2. Процесс возникновения. При штатной работе нагнетателя поток газа имеет определённый расчётный угол атаки (i) на рабочие лопатки (рис. 1.1.). При таком угле входа потока в рабочее колесо обтекание лопаток нагнетателя происходит плавно, без завихрений.

Рис. 1.1.

Угол входа потока (i) зависит прежде всего от расхода газа через нагнетатель. При снижении расхода этот угол увеличивается, при увеличении расхода уменьшается. В случае снижения расхода газа через нагнетатель до значения примерно 60% от расчётного, угол атаки (i) увеличится до критического значения и произойдёт так называемый срыв потока с рабочей лопатки (рис.1.2.).

Рис 1.2.

В результате этого срыва резко снизится эффективность работы ступени нагнетателя, т. е. упадёт степень сжатия. Давление, создаваемое нагнетателем в напорной полости будет намного меньше чем в напорном коллекторе (за краном №?2) и газ с более высоким давлением из напорной полости устремится на всас нагнетателя. Т.е. возникнет обратное течение газа в проточной части нагнетателя. Установленный перед краном №?2 обратный клапан закрывается, отсекая напорный коллектор от полости нагнетателя, давление на выходе нагнетателя падает до значения меньшего, чем создаваемое нагнетателем, и нагнетатель возобновляет подачу газа в прямом направлении до расхода, при котором возникает обратное течение, а затем процесс повторяется. При помпаже обратный клапан на линии крана №?2 служит для предотвращения перетока газа из напорного коллектора на всас нагнетателя.

Как устраняют помпаж во время полета?

Помпаж двигателя самолета – что это? Такое явление довольно быстро приводит к разрушению движка во время полета. В случае возникновения аварийной ситуации пилоты переводят двигатель на сниженные обороты либо и вовсе отключают его на некоторое время. При своевременном обнаружении проблемы и применении такого подхода помпаж обычно исчезает сам по себе.
Повышение температуры двигателя при помпаже может составлять несколько сотен градусов в секунду. Поэтому на современных самолетах устанавливается противопожарная автоматика. Она позволяет устранить возгорание, что дает экипажу больше времени на принятие верных решений. При срабатывании автоматики одновременно происходит прерывание либо снижение подачи топлива.

Воздушное судно могут на некоторое время отправлять в свободное пике, если возникает помпаж двигателя самолета. Что это? На борту отключают все двигатели. Самолет начинает плавно терять высоту до той поры, пока не устранится возгорание. Далее в двигателях восстанавливается подача топлива и происходит возвращение к нормальному режиму полета.

Причины помпажа

Главная причина помпажа — снижение расхода газа через нагнетатель. Это может произойти по следующим причинам:

• Пониженной частоты вращения ротора нагнетателя по сравнению с параллельно работающими ГПА
• Влияние параллельно включенных более напорных нагнетателей. (Например работа в один напорный коллектор нагнетателей со степенями сжатия 1,44 и 1,5 может привести к помпажу нагнетателя с меньшей степенью сжатия).
• Колебания давления в сети. (Например в следствии падения давления на входе в нагнетатель из-за утечки газа или самопроизвольном закрытии кр.№?7 или СОК).
• Самопроизвольная перестановка кранов в обвязке нагнетателя. (Закрытие кр.№?1 приведёт к падению давления на всасе и создаваемой нагнетателем степени сжатия будет недостаточно для передавливания давления напорного коллектора, закрытие кр.№?2 приведёт к чрезмерному росту давления за нагнетателем).
• Попадание постороннего предмета на защитную решетку или её обмерзание.
• «Запирание» выходного коллектора в следствии роста температуры газа. (Это происходит из-за роста давления при росте температуры в постоянном объёме трубопровода).

Помпаж двигателя самолета: причины

• вывод воздушного судна на запредельную траекторию, при которой на двигатель оказываются максимальные нагрузки;
• повреждение лопастей рабочего колеса по причине окончания их срока службы или неисправности;
• попадание в движок посторонних предметов;
• сильные порывы бокового ветра;
• критически низкое давление окружающего воздуха.

Следствия помпажа нагнетателя

3.1. Большая вероятность повреждения упорного подшипника. (Т.к. величина осевого сдвига определяется действием давления в проточной части нагнетателя на поверхности основного и покрывающего дисков, имеющих различную площадь, то резкое изменение давления приведёт к резкому изменению нагрузки на упорный подшипник).

3.2. Возможность отрыва или повреждения покрывающего диска. т. к. именно в теле покрывающего диска возникают наибольшие нагрузки при работе нагнетателя.

3.3. Разработка зазоров в лабиринтовых уплотнениях в следствии повышенной вибрации.

3.4. Повреждение опорных подшипников.

3.5. Сопровождающие помпаж резкие изменения потребляемой мощности приводит к скачкам температуры перед СТ, вибрации ротора СТ, повреждению подшипников СТ и зубчатых обойм.

3.6. Из-за резкого колебания температуры газа перед СТ может возникнуть помпаж осевого компрессора, который приводит разрушению лопаточного аппарата и повреждению подшипников ротора двигателя.

К каким решениям прибегают в авиации для предупреждения помпажа?

Использование в конструкции нескольких отдельных валов является главным решением, которое позволяет предотвратить помпаж двигателя самолета. Что это? Валы в движке перемещаются на разных скоростях, независимо друг от друга. Каждый из них несет на себе часть турбины и компрессора двигателя. На современные самолеты обычно устанавливают агрегаты, которые содержат 2-3 независимых вала. При выходе из строя одного из них, остальные способны поддерживать тягу, которая требуется для перемещения судна в воздушном пространстве.

Выявление помпажа

4.1. Внешне помпаж проявляется в сильном прерывистом шуме, сильных вибрациях, возможны периодические толчки, раскачка трубопроводов на свайных основаниях.

По показаниям приборов помпаж выявляют по следующим признакам:

4.2. Рост температуры газа на выходе нагнетателя.

4.3. Резкие изменения показаний осевого сдвига ротора нагнетателя.

4.4. Резкие колебания температуры газа перед СТ.

4.5. Сильный рост вибрации узлов двигателя и нагнетателя.

4.6. Резкие изменения показаний перепада «масло-газ»

4.7. Изменения потребляемой мощности (определяется по показаниям ССС).

4.8.Пересечение рабочей точки границы помпажа на схеме ССС.

4.9. Изменения расхода газа через нагнетатель (определяется по показаниям ССС).

4.10. Изменение оборотов ротора нагнетателя (СТ) (определяется по показаниям ССС).

«Двигатели так быстро не горят»: заслуженный пилот о крушении украинского Боинга в Иране

Украинский Боинг 737 потерпел крушение в Иране из-за возгорания двигателя. Как сообщали ранее иранские представители, пока это основная версия произошедшего. Информацию подтвердил официальный представитель тегеранского аэропорта.

Царьград в беседе с экспертами обсуждал эту версию. Так, заслуженный пилот России, член Комиссии при президенте по вопросам развития авиации общего назначения Юрий Сытник считает, что возгорание двигателя вполне могло произойти.

«Двигатель — это одна из самых технологичных частей самолета, в общем-то. И бывает, что при отказе — если некондиционное топливо или попадание постороннего предмета, — двигатель помпирует и загорается. И, естественно, экипажу очень сложно, особенно на взлете, контролировать ситуацию, если двигатель на самом деле загорелся. Это очень ответственный этап полета, как и посадка. Катастрофы происходят в основном в районе аэродромов, при заходе на посадку или при взлете. Более 70% катастроф происходят в зоне подхода, в зоне аэродрома. Поэтому отказ двигателям чреват тяжелыми последствиями».

С другой стороны, надо понимать, что отказ одного двигателя, даже с большим пожаром, как правило, не приводит к катастрофе, продолжил эксперт.

«Потому что самолеты современные, а тем более Боинг 737 серии 800 — это очень надежная машина, с хорошим запасом тяги работающего двигателя. Экипаж должен был выполнить маневр, зайти на посадку и сесть. А если там уж такой пожар, что обгорела часть крыла или закрылка, самолет просто перевернулся и стал неуправляемым, – ну, тогда понятно, что это катастрофа. Двигатели так быстро не горят. Там нужно было отключить подачу топлива, выключить электрооборудование, систему кондиционирования. В общем-то, системы пожаротушения есть на двигателях, они тоже довольно эффективны. Поэтому как причина, разрушение и пожар двигателя может быть, никто не отрицает, но могут быть и внешние какие-то факторы. Не знаю, столкновение с чем-то. Ну, ночью птицы не летают. Значит, столкновение с каким-нибудь дроном».

Высказался Сытник и о муссируемой версии крушения в результате удара ПВО. Ранее её отмели многие эксперты, но говорить, действительно, есть о чём, поскольку уже целый ряд западных и украинских СМИ с подачи иорданского агентства публиковали подобное.

«Остаётся версия ПВО. Если до этого Иран отбомбил базы Соединенных Штатов в Ираке, то, естественно, система ПВО Ирана была приведена в боевую готовность, и если в автоматическом режиме какая-то система сработала, без вмешательства оператора, то могло быть и так. Но я не думаю, что кто-то расскажет об этом. Прежде всего, будет пожар двигателя — и всё», — пояснил свою позицию Сытник.

В любом случае, эксперт напомнил, когда ситуация в каком-то регионе обостряется, полёты гражданских лайнеров — это всегда опасно. Здесь Сытник проводит параллель с трагедией в Донбассе, где в 2014 году потерпел крушение малайзийский Боинг MH17.

«Когда нестабильность, идут какие-то боевые действия — с любой стороны, полёты гражданских самолетов всегда в опасности. Мы это знаем по малайзийскому Боингу, сбитому над территорией Украины. Хотя там военных действий таких крупномасштабных и не было. Ну, было ЛНР-ДНР и ВСУ. Но в воздухе-то не воевали, и самолетов не сбивали, и ракетных обстрелов там не было. Однако самолет погиб. Сейчас мы видим уже другой вариант: идет напряжение отношений между Ираном и Соединенными Штатами — и тут же происходит катастрофа пассажирского «Боинга» украинского. Меня это наталкивает на мысль, что когда такое происходит, полеты нужно ограничивать, полёты гражданских воздушных судов».

Отметим, Росавиация уже рекомендовала лайнерам воздержаться от полётов в опасном регионе. Как пишут «Невские новости», есть риск полётов над Ираном и Ираком. Напомним, в результате крушения украинского Боинга, по последним данным, погибли 167 пассажиров и девять членов экипажа. Весь экипаж был украинским. Пассажиры в большинстве своём — граждане Ирана и Канады. Кроме того, жители стран ЕС.

Действия оперативного персонала при возникновении помпажа нагнетателя

6.1. Если в силу каких — либо причин автоматическая система защиты не сработала, а персонал определил наличие помпажа, то необходимо немедленно открыть АПК и вывести ГПА на «кольцо».

6.2. Если открытие АПК не привело к прекращению помпажного режима работы (например в следствии обмерзания защитной решетки или самопроизвольной перестановки кранов), то ГПА следует аварийно остановить.

6.3. После открытия АПК «Mokveld» в следствии срабатывания антипомпажной защиты ССС закрытие АПК без выявления и устранения причин возникновения помпажа запрещено.

6.4. Производить запуск ГПА после АО по причине «помпаж нагнетателя» без выявления и устранения причин АО запрещено.

Фрагмент технической учебы для машинистов ТК, работающих на ГПА-Ц-16

Автор: Лун-Фу А.В. ЯЛПУ

Как устранить помпаж, если это случилось во время рейса?

При перелете могут произойти разные внештатные ситуации. Именно поэтому пилот должен быть готовым ко всему. Если случился помпаж двигателя, то эта проблема поправима, если лайнером управляет грамотный летчик. Даже неопытный пилот во время полета заметит, если происходит помпаж движка. В такой ситуации нужно вовремя сориентироваться и приступить к решению проблемы. Зачастую летчики переводят мотор на сниженные обороты или вообще отключают его на какой-то период. В результате подобных действий помпаж сам пропадает.