Мероприятия по устранению неравномерности выработки топлива на опытных самолетах с двигателями разных серий

Язык труда и переводы:
УДК:
629.7.017
Дата публикации:
23 января 2022, 00:29
Категория:
Секция 02. Летательные аппараты. Проектирование и конструкция
Аннотация:
Выявлены возможные негативные последствия при установке на опытные самолеты двигателей разных серий с отличными друг от друга показателями удельного расхода топлива и тяги на крейсерском режиме работы. Выполнен сравнительный анализ часовых расходов топлива двигателей ПС-90А и ПС-90А3 на примере самолета Ил-76МД. Для повышения уровня безопасности выполнения полетов модернизируемых образцов авиационной техники, предложен ряд технических решений и мероприятий для устранения и парирования последствий неравномерности выработки топлива.
Ключевые слова:
летные испытания, удельный расход топлива, топливная система, крен самолета
Основной текст труда

В настоящее время разрабатываются новые образцы авиационной техники (АТ) разных классов. При этом далеко не всегда речь идет о совершенно новых проектах, зачастую осуществляется развитие и модернизация уже имеющихся образцов АТ, находящихся в эксплуатации.

Такой подход имеет известные и очевидные преимущества. Промышленность может использовать готовые изделия и новые компоненты, а также совершенствовать их за счет современных технологий. Итогом этого становится образец с высокими техническими характеристиками, отвечающий заданным в техническом задании на изделие требованиям, и актуальный для применения в авиации.

В рамках модернизации изделий АТ решается, в том числе, задача увеличения максимальной дальности полёта без дозаправки, что в свою очередь достигается установкой на самолет модернизированных двигателей новой серии с уменьшенным удельным расходом топлива по сравнению с двигателями предыдущих серий.

Однако, в связи с необходимостью выполнения работ по модернизации АТ в установленный срок возможно возникновение ситуации, при которой на один самолёт на период испытаний могут устанавливаться двигатели разных серий.

Такой подход может стать причиной авиационных происшествий и возникновения сложных ситуаций в процессе выполнения испытательных полетов, в частности, из-за разного удельного расхода топлива двигателей разных серий, в результате чего выработка топлива с левого и с правого борта самолета будет происходить неравномерно, вызывая разницу моментов из-за разницы топлива по бортам и создавая дополнительный крен.

Также при значительной разнице моментов между левым и правом бортом, вызванной неравномерной выработкой, экипаж не сможет парировать эту разницу стабилизацией по крену для выравнивания самолета в линию полёта. В результате чего при возникновении на борту отказа двигателя вплоть до его останова (из-за пожара, помпажа или других отказных ситуаций), возможно неконтролируемое и неуправляемое сваливание самолета в сторону с большим количеством топлива из-за разницы его выработки, что может привести к потере опытного летательного аппарата.

Разберем на примере самолета Ил-76МД, который оборудован 4 двигателями ПС-90А, как повлияет установка на один из его бортов двигателя ПС-90А серии 3 — ПС-90А3, на разность выработки топлива по бортам.

Для двигателя ПС-90А удельный расход топлива составляет 0,629 кг/(кгс·ч) при тяге 4050 кгс на крейсерском режиме работы (0,85 от номинального) [1]. Соответственно часовой расход топлива двигателя ПС-90А на указанном режиме составит 2548 кг/ч.

Для двигателя ПС-90А3 удельный расход топлива составляет 0,6 кг/(кгс·ч0 при тяге 3500 кгс на крейсерском режиме работы (0,85 от номинального) [1]. Соответственно часовой расход топлива двигателя ПС-90А3 на указанном режиме составит 2100 кг/ч.

При выполнении испытательных полетов без нагрузки, максимальная дальность полёта Ил-76МД с двигателями ПС-90А может достигать до 9700 км. Если предположить, что самолет будет совершать испытательный перелет на расстояние 5000 км со средней скоростью 735 км/ч (крейсерский режим) — итоговое время полета составит 6,8 ч. Соответственно расход крейсерского полета для одного двигателя серии 1 равен 17 156 кг, а для двигателя серии 3 — 14 285 кг. Разница в расходе двигателей ПС-90А и ПС-90А3 составит 2871 кг, при этом дополнительный крутящий момент на каждые 10 м длины крыла – 28 710 Н·м.

Учитывая, что стабилизация самолета по крену обеспечивается управлением элеронами с заранее рассчитанной площадью поверхности, создавая разницу подъемных сил на левом и правом борту, этой поправки может не хватить для парирования экипажем крена в сторону обратную крутящему моменту, особенно при вышеописанных отказных ситуациях двигателя.

Для парирования неравномерности выработки топлива на правом и левом борту при установке на опытном самолете двигателей различных серий, предлагается:

  1. Установка двигателей разных серий симметрично (по бортам) на самолетах с четырьмя двигателями.
  2. Недопустимость установки двигателей разной серий на самолетах с двумя двигателями.
  3. Для набора и анализа статистики о разнице расхода топлива по бортам и для возможности внесения корректировок в летную программу, устанавливать на период испытаний датчики-расходомеры в топливном трубопроводе между расходным баком и двигателем для регистрации системой бортовых измерений секундного (мгновенного) расхода топлива каждого двигателя.
  4. Реализация в программном обеспечении топливной автоматики возможности управления кранами перекрестного питания вручную при работе автомата расхода в автоматическом режиме без перехода в ручной режим работы автомата расхода, что в большинстве случаев сопровождается аппаратной доработкой блоков управления, поэтому требует принятия решения на этапе эскизного проекта или на этапе согласования рабочей конструкторской документации, для снижения издержек при будущих корректировках.
  5. Реализация в программном обеспечении топливной автоматики алгоритмов для автоматического включения топливных насосов для перекачки топлива между бортами в зависимости от объёма топлива [2, 3].
  6. Предусмотреть возможность аварийного сброса топлива только с одного борта.
  7. Прокладка топливной трассы между бортами для перекрестного питания не только расходных баков, но и очередных баков [2–4].
  8. Для повышения ситуационной осведомленности летчиков выводить в кадр топливной системы значения о суммарной массе топлива для левого и правого борта по отдельности [2, 3].

Неравномерность выработки топлива между левым и правым бортами опытных самолетов при выполнении испытательных полетов обусловлена установкой на борт двигателя новой серии с меньшим удельным расходом по сравнению с двигателями предыдущей серии. Предложенные в пп. 1–8 технические решения парируют выявленный недостаток опытных образцов авиационной техники.

Литература
  1. АО «ОДК-Авиадвигатель». URL: https://avid.ru/avia/ (дата обращения 02.11.2021).
  2. Епифанов С.В., Рыженко А.И., Цуканов Р.Ю. Авиационные топливные системы. Харьков: Нац. аэро-косм. ун-т им. Н.Е. Жуковского, 2018. 558 с.
  3. Лещинер Л.Б., Ульянов И.Е., Тверецкий В.А. Проектирование топливных систем самолетов. М.: Машиностроение, 1991. 320 с.
  4. Ефимов В.В., Ефимова М.Г., Чернигин К.О. Конструкция и прочность самолета. Крыло. М.: ИД Академии Жуковского, 2018. 76 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.