СПОСОБ ЗАЩИТЫ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ПРОТИВОПОЖАРНОГО САМОЛЕТА-АМФИБИИ ОТ ПОПАДАНИЯ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ И РАЗРУШЕНИЯ ВИХРЕЙ НА ВХОДЕ В ВОЗДУХОЗАБОРНИКИ ТРДД
METHOD FOR PROTECTION OF FIRE-FIGHTING AMPHIBIAN AIRPLANE POWER PLANT AGAINST FOREIGN OBJECTS ENTERING AND VORTICES DESTRUCTION AT AIR INTAKE OF DUAL-FLOW TURBOJET ENGINE (DFTJE)

Изобретение относится к области авиации, а именно к эксплуатации противопожарных самолетов-амфибий, на которых установлены двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД).
Необходимость защиты силовой установки вызвана тем, что при взлете, в полете, при заходе на посадку в воздухозаборники ТРДД противопожарных самолетов-амфибий могут попадать посторонние предметы, птицы. Особенно опасными в последнее время стали случаи попадания птиц в воздухозаборники ТРДД противопожарных самолетов-амфибий при выполнении операций по тушению лесных пожаров.
Известно устройство для защиты, содержащее ротор, установленный во входном канале между воздухозаборником и двигателем. Ротор вращается в обратном направлении основного вращения двигателя. При этом во входном канале создается противодавление. В результате частицы, попавшие во входной канал, отбрасываются против потока и попадают через отверстия в сборник (1).
Недостатком устройства является существенное усложнение конструкции двигателя, недостаточная защита от попадания птиц.
Также известны способы и устройства, обеспечивающие подачу струй сжатого воздуха на поверхность ВПП перед входом в воздухозаборник двигателя (2), (3).
Недостатками данных способов являются значительные потери тяги двигателей на взлетном режиме из-за дополнительных отборов воздуха от компрессоров высокого давления двигателей (КВД).
Известен способ разрушения вихрей на входе в воздухозаборник ТРДД и устройство его осуществления (4), которые тоже предусматривают значительные отборы мощности от авиационного двигателя.
Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является способ защиты воздухозаборника двигателя от попадания посторонних частиц (5), в котором формируется сплошная коническая струя воздуха по оси двигателя в направлении воздухозаборника.
Недостатком рассмотренного прототипа является использование больших отборов воздуха от компрессора КВД на защиту двигателя от посторонних предметов и слабая эффективность при попадании крупных птиц массой до 4,5 кг (данная масса регламентируется современными сертификационными нормами).
Задачей предлагаемого способа является создание эффективной защиты при эксплуатации ТРДД на самолетах-амфибиях, увеличение ресурса срока службы двигателя, увеличение взлетной тяги двигателя благодаря полному исключению отбора воздуха от компрессора высокого давления.
Предлагаемый способ защиты воздухозаборника ТРДД противопожарного самолета-амфибии заключается в выдуве через форсунки центробежного типа струй воды под высоким давлением перед воздухозаборником вперед и вниз, а в экстренном случае, при попадании в стаю птиц, включается дополнительный выдув воды из отверстий на коке двигателя, через форсунки центробежного типа, по периферии в сторону вентиляторного контура ТРДД.
Засасываемые в воздухозаборник двигателя массы воздуха подхватывают поднятые с поверхности воды или земли при взлете противопожарного самолета-амфибии посторонние предметы, включая пролетающих мимо птиц, и направляют их в газовоздушный тракт ТРДД.
Особенно опасным для авиационного двигателя является попадание посторонних предметов во внутренний контур двигателя - газогенератор, где происходит разрушение лопаток компрессоров, турбин, сопловых аппаратов, что приводит к преждевременному выходу из строя двигателя и дорогостоящему ремонту, а нередко приводит к катастрофе самолета.
Необходимо также отметить часто возникающее опасное явление - воздушные вихри на входе в воздухозаборник ТРДД, приводящее к опасным срывным явлениям, - потере устойчивости работы авиационного двигателя на заданном режиме, что приводит к появлению помпажа двигателя.
Предлагаемый способ направлен на устранение указанных недостатков и позволяет полностью исключить отборы воздуха от авиационного двигателя на всех режимах полета.
По сравнению с прототипом и другими выявленными техническими решениями предлагаемый способ обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.
На фиг.1 представлена схема воздухозаборника ТРДД и устройства, реализующего защиту от попадания посторонних предметов и воздушных вихрей.
На фиг.2 представлен общий вид модуля двигательной установки ТРДД противопожарного самолета-амфибии (вид сбоку).
На фиг.3 представлен взлет противопожарного самолета-амфибии с водяной поверхности и работа системы.
Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит корпус воздухозаборника 1 с коллектором 2, на котором установлены центробежные форсунки 3, кок двигателя 4 с центробежными форсунками 5, систему трубопроводов 6, водяной насос высокого давления 7, установленный на коробке приводов ТРДД 8, баки для воды 9, клапан управления подачи воды 10 в коллектор 2, расположенный в носке воздухозаборника, клапан управления подачи воды 11 в коллектор 12, расположенный в коке двигателя 4, радар 13, установленный в носовой части противопожарного самолета-амфибии, блок управления работой устройства 14.
Сущность способа заключается в следующем.
При взлете противопожарного самолета-амфибии с суши или воды включается блок управления работой устройства ТРДД 14, расположенный в носовой части самолета.
Вода по системе трубопроводов из основного бака 9 противопожарного самолета-амфибии через насос высокого давления 7, установленный на коробке привода 8, поступает через коллектор 2 в центробежные форсунки 3, расположенные в полукольце воздухозаборника, и выбрасывается в виде сплошной водяной завесы вперед и вниз по отношению к воздухозаборнику авиационного двигателя.
После набора высоты самолетом система защиты отключается. Вторая часть устройства работает, как правило, в дежурном режиме. По сигналу от радара 13, установленного за обтекателем в носовой части самолета, при появлении птиц перед самолетом-амфибией на расстоянии до 100 метров сигнал поступает в блок управления 14, включается дополнительная система центробежных форсунок 5, установленных в коке двигателя 4.
Водяная завеса внутри воздухозаборника создает дополнительную центробежную силу всем посторонним предметам, попавшим в воздухозаборник, отбрасывая их в проточную часть зоны вентиляторного контура двигателя.
При отсутствии сигнала о наличии посторонних предметов (птиц) система управления 14 автоматически отключается, и вода не поступает в кок двигателя 4, в центробежные форсунки 5. Предусматривается возможность ручного управления летчиком данной системой с помощью тумблера, установленного на центральном пульте.
Данный способ также позволяет успешно бороться с воздушными вихрями, возникающими на входе в воздухозаборники ТРДД.
Использование воды, имеющей плотность в 1000 раз больше, чем воздуха, для защиты от попадания посторонних предметов и птиц в воздухозаборники ТРДД для противопожарных самолетов-амфибий, обусловлено тем, что данные самолеты имеют на борту большие запасы воды, хранящиеся в водяных баках (емкость баков самолета Бе-200ЧС до 12 тонн воды).
В настоящее время на комплексе ведутся работы по предварительной компоновке устройства на самолете Бе-200ЧС.
Источники информации
1. Устройство для защиты силовой установки самолета от попадания посторонних предметов. А.с. №865694, МПК B64D 33/02, F02C 7/04.
2. Способ защиты воздухозаборника турбореактивных двигателей силовой установки самолетов от попадания посторонних предметов В.М.Вуль, №4924034/23.
3. Способ, предотвращающий вихреобразование, и устройство для реактивных двигателей самолета. Патент US 3599429, МПК В64С 7/04, B64D 33/02, НКИ 60/39.09Р, 244/53 В.
6
4. Способ разрушения вихрей на входе в воздухозаборник ГТД и устройство для его осуществления. Патент №2046066, МПК B64D 33/02, В64С 25/00.
7
5. Способ защиты воздухозаборника ГТД от попадания посторонних частиц. Патент №2156369, МПК F02C 7/05.