Ученые узнали, как вулканический пепел разрушает двигатели, и дали советы пилотам
Ежегодно по всему миру происходит до 60 извержений вулканов, пепел которых представляет серьезную угрозу для авиации. Это микроскопические частицы горной породы и стекла, которые накапливаются на элементах двигателя и способны привести к его полному отключению прямо во время полета. Попадание самолетов в вулканические облака строго контролируется авиационной безопасностью, однако такие случаи все-таки бывают. И несмотря на всю важность проблемы, вопрос последствий этого изучен не полностью. Ученые Пермского Политеха провели уникальное научное исследование и раскрыли, в каких случаях полет через пепел безопасен, а в каких он может привести к прогарам и разрушению лопаток газовой турбины. Результаты помогут усовершенствовать системы охлаждения отечественных силовых установок нового поколения.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Большинство столкновений самолетов с вулканическим облаком заканчиваются без сильных повреждений.
Однако в мировой практике зарегистрированы случаи, когда высокая концентрация пепла приводила к отказу двигателей пролетающих воздушных судов. Он накапливается в виде стекловидных отложений на сопловом аппарате турбины, тем самым засоряя межлопаточный канал, по которому движется газовый поток с высокой энергией. Это снижает устойчивость двигателя и приводит к его выключению. Такой инцидент произошел, например, в 1982 году, когда после воздействия пепла вулкана Галунггунг в Индонезии у самолета Boeing 747 в полете практически одновременно выключились все четыре силовые установки. И только мастерство экипажа позволило избежать катастрофы.
Сегодня ситуацию с облаками вулканического пепла отслеживают метеоспутники и метеостанции. Все данные оперативно обрабатываются, поставляются в аэронавигационные службы по всему миру, и каждому вулкану присваивают свой цветовой код, который обозначает уровень опасности для авиации. В связи с этой информацией авиакомпании корректируют маршруты полетов, чтобы избежать столкновения с пеплом, так как даже его небольшая концентрация может повредить элементы воздушного судна. Так, например, извержению Ключевского вулкана в августе 2025 года, и также выбросу пепла вулкана Шивелуч 11 апреля 2023 года на Камчатке сразу был присвоен наивысший «красный» код авиационной опасности. Это означает, что полеты на близлежащих территориях запрещены.
Если процессы формирования пепловых отложений на сопловом аппарате двигателей уже были хорошо известны, то некоторые особенности негативных последствий при запредельных уровнях концентрации пепла, исследованы не так подробно. В частности, перегрев ключевого элемента авиационного двигателя – лопатки турбины.
Ученые Пермского Политеха детально исследовали, как попадание вулканического пепла в двигатель самолета влияет на тепловое состояние лопаток турбины и приводит к деградации свойств теплозащитного покрытия.
Сопловые лопатки – это детали, которые направляют и ускоряют газы, выходящие из камеры сгорания, на рабочие лопатки, вращающие вал двигателя. Созданный высокоскоростной поток обеспечивает движение самолета. Лопатки постоянно находятся под прямым воздействием газов, раскаленных до температуры 1500 градусов. Чтобы они выдерживали такие экстремальные условия, их изготавливают из специальных высокопрочных и жаростойких материалов, а также оснащают теплозащитным покрытием и системой охлаждения – множеством микроотверстий, через которые подается холодный воздух, создающий защитную пленку от горячих газов.
– Стекловидные отложения пепла наиболее интенсивно аккумулируются на всех сопловых лопатках первой ступени турбины и перекрывают отверстия. Очевидно, что такое засорение ухудшает качество пленочного охлаждения и приводит к значительному нагреву элементов. Чтобы понять, как именно происходит этот процесс и какие его последствия, мы провели 3D-моделирование сопловой лопатки авиационного двигателя ПД-14 на разных режимах его работы в условиях воздействия вулканического пепла с различным уровнем концентрации и времени воздействия, – объясняет Николай Саженков, доцент кафедры «Авиационные двигатели», руководитель группы молодежного проектно-технологического бюро ПИШ ВШАД ПНИПУ, кандидат технических наук.
Первоначально ученые оценили температурное состояние сопловых лопаток при штатной работе до попадания двигателя в вулканическое облако для трех режимов работы ПД-14 – крейсерский (основной), номинальный (набор высоты) и полетный малый газ (посадка). Далее определяли перекрытие каждого охлаждающего отверстия пеплом и повторно вычисляли тепловое состояние.
Расчеты проводили для двух различных концентраций пепла на входе в двигатель: по нормам авиационной безопасности – 4 мг/м³ в течение одного часа – незначительное и безопасное воздействие для двигателя; и по критической концентрации – 100 мг/м³ в течение 3-6 мин, аналогичной воздействию пепла вулкана Галунггунг на двигатели.
– Результаты показали, что при концентрации согласно сертификационным нормам и при выборе режима малого газа внешний вид лопатки практически не меняется и отверстия не перекрываются. Тогда как при критической концентрации на номинальном и крейсерском режиме отверстия сильно запыляются, их проходная площадь уменьшается от 33 до 70%. Из-за этого качество и объем воздушного охлаждения существенно снижается, и теплозащитное покрытие лопатки максимально нагревается до 1297 градусов, что на 97 градусов превышает предельно допустимое значение, – поделился эксперт ПНИПУ.
Моделирование позволило узнать, что пепел в минимальном количестве, соответствующем нормам авиационной безопасности, не опасен. Стекловидные отложения аккумулируются лишь на 0,14% от общей площади лопатки. Критическая же концентрация пепла, превышающая нормативные требования почти в 250 раз, закупоривает отверстия и до 56% уменьшает расход холодного воздуха. Это приводит к критическому перегреву теплозащитного покрытия, а также основного материала лопатки, и может привести к ее прогару.
– Полученные результаты убедительно подтверждают общие рекомендации Международной организации гражданской авиации о том, что в случае попадания самолета в облако вулканического пепла необходимо немедленно уменьшать тягу двигателя до малого газа. Такое действие позволяет избежать осаждения стекловидных отложений на лопатки турбины и избежать их повреждения. Далее экипажу следует принять меры, чтобы как можно быстрее выйти из облака вулканического пепла. Для этого необходимо выполнение разворота воздушного судна на 180° с таким снижением, какое позволяет рельеф местности, – рассказывает Николай Саженков.
Исследование ученых Пермского Политеха повысило осведомленность научной и авиационно-технической общественности о дополнительных возможных рисках при нахождении магистрального самолета в облаке вулканического пепла.
Telegram 
Дзен 
VK Хотя сам факт наличия непонятных объектов на снимках, которые американские астронавты сделали на Луне, известен давно, десятилетиями их списывали на химические дефекты светочувствительной эмульсии фотопленки или блики света в линзах камер. Новая публикация на сайте Пентагона признает их реально существующими объектами, хотя и не делает выводов о их природе.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно