Что такое отказ реверса у самолета
Реверс (авиация)
Реверс — устройство для направления части воздушной или реактивной струи против направления движения самолёта и создания таким образом обратной тяги. Кроме того, реверсом называется применяемый режим работы авиационного двигателя, задействующий реверсивное устройство.
Реверс применяется в основном на пробеге, после посадки, или для аварийного торможения при прерванном взлёте. Реже — на рулении, для движения самолёта задним ходом без помощи буксировщика. Небольшое число самолетов допускают включение реверса в воздухе. Наиболее широко реверс применяется в коммерческой и транспортной авиации. Характерный шум можно часто услышать при пробеге самолёта по ВПП после посадки.
Реверс применяют совместно с основной (колёсной) тормозной системой самолёта. Его применение позволяет снизить нагрузку на основную тормозную систему самолёта и сократить тормозную дистанцию, особенно при малом коэффициенте сцепления колёс с ВПП, а также в начале пробега, когда остаточная подъёмная сила крыла уменьшает вес на колёсах, снижая эффективность тормозов. Вклад реверсивной тяги в общее тормозное усилие может сильно различаться для разных моделей самолётов.
Содержание
Реверс реактивного двигателя
Реверс реализуется путём отклонения части или всей струи, исходящей из двигателя, при помощи разнообразных затворок. В разных двигателях реверсивное устройство реализовано различным способом. Специальные затворки могут перекрывать струю, создаваемую только внешним контуром турбореактивного двигателя (например, на A320), или струи обоих контуров (например, на Ту-154М).
В зависимости от конструктивных особенностей самолёта реверсом могут быть оснащены как все двигатели, так и их часть. Например, на трёхдвигательном Ту-154 реверсивным устройством оснащены только крайние двигатели.
Ограничения
Реверс двигателя с воздушным винтом
Реверс у винтовых самолётов реализуется путем поворота лопастей винта (изменяется угол атаки лопастей с положительного на отрицательный) при неизменном направлении вращения. Таким образом винт начинает создавать обратную тягу. Такой тип реверсивного устройства может применяться как на самолетах с поршневым двигателем, так и на турбовинтовых самолетах, в т.ч. и одномоторных. Реверс зачастую предусматривается на гидросамолётах и амфибиях, т.к. предоставляет значительное удобство при рулении на воде.
История
Первое применение реверса тяги на винтовых самолётах можно отнести к 1930-м годам. Так, реверсом были оборудованы пассажирские самолёты Боинг 247 и Дуглас DC-2.
Самолёты без реверсивного устройства
Ряд самолётов не нуждается в реверсе. Так например, в связи с особенностями механизации крыла и чрезвычайно эффективными воздушными тормозами в хвосте BAe 146-200 не требуется включать реверс при приземлении. Соответственно, все четыре двигателя не работают в режиме реверса. По этой же причине в реверсивном устройстве не нуждается самолёт Як-42.
Использование реверса в воздухе
Так, в турбовинтовом авиалайнере ATR 72 реверс может быть ипользован в полёте (при снятии пилотом предохранительной пломбы); турбореактивный лайнер «Трайдент» также допускает реверс в воздухе для быстрого снижения с вертикальной скоростью до 3 км/мин (хотя эта возможность редко использовалась на практике); с той же целью мог быть включен реверс двух внутренних двигателей сверхзвукового лайнера «Конкорд» (только на дозвуковой скорости и при высоте ниже 10 км). Военно-транспортный самолет C-17A также допускает включение реверса всех четырёх двигателей в воздухе для быстрого снижения (до 4600 м/мин). Истребитель Сааб 37 «Вигген» также располагал возможностью реверса в полете для сокращения посадочной дистанции. Одномоторный турбовинтовой самолёт Pilatus PC-6 также может использовать реверс в воздухе при заходе по крутой глиссаде на короткие посадочные площадки.
Для примера использования реверса тяги в воздухе (непосредственно перед касанием полосы) можно привести выдержку из руководства по лётной эксплуатации самолёта Як-40:
на высоте 6–4 м уменьшить режим работающим боковым двигателям до малого газа и начать выравнивание самолета, дав команду: Реверс.
Реверс самолета. Реверс двигателя самолета.
Реверс – механизм для направления части реактивной или воздушной струи по направлению движения воздушного судна и создания обратной тяги. Помимо этого, реверсом называют используемый режим работы двигателя самолета, который задействует реверсивное устройство.
Устройство применяется в основном после посадки, на пробеге или для аварийного торможения. Кроме того, реверс используют для движения задним ходом без помощи буксирующего средства. Некоторые самолеты включают реверс прямо в воздухе. Чаще всего устройство эксплуатируется в транспортной и коммерческой авиации. После посадки реверс характеризируется шумом. Его применяют вместе с колесной тормозной системой, что приводит к снижению нагрузки на основную тормозную систему воздушного судна и сокращает дистанцию, в особенности при небольшом коэффициенте сцепления с ВПП, а также в самом начале пробега. Вклад реверсивной тяги сильно отличается в разных ситуациях и моделях самолетов.
Реактивный двигатель
Реверс производится при отклонении всей или части струи, которая поступает с двигателя, при помощи разных затворок. В разнообразных силовых установках реверсивное устройство реализуется по-разному. Специальные затворки способны перекрыть струю, которая создана сугубо внешним контуром турбореактивного двигателя (как на А320), или струи всех контуров (Ту-154М). Конструктивные особенности самолета влияют на оснащение реверса. Это могут быть как все двигатели, так и определенная часть. К примеру, на трехдвигательном Ту-154 реверс могут создавать только крайние двигатели, а самолет Як-40 – средний.
Ковшевые створки – специальный механизм, который перенаправляет воздушный поток. Подобных створок на двигателях может быть от двух и больше. Внешне они похожи на ковши. Например, в двигателе с высокой степенью двухконтурности с перекрытием потока по всей плоскости как у Д-30Ку-154 (Ту-154М).
Способ реверса, в котором в сопле и задней части двигателя установлен специальный металлический профиль, называется профилированные решетки. Двигатель задействован на прямой тяге, а сворки в решетки перенаправляют проход выходящих газов. Подобная конструкция эксплуатируется во многих двигателях самолетов, в частности на силовых установках с невысокой степенью двухконтурности с перекрыванием всего потока (Ту-154, Боинг 727).
Ограничения
Но у реверсной системы есть свои недостатки. К возможным неприятностям можно отнести применение реверса на небольших скоростях (меньше 140 км/ч). Струя может поднимать с поверхности ВПП мусор, который при пробеге самолета на небольших скоростях может попасть в воздухозаборник и стать причиной его повреждения. При больших скоростях поднятый мусор не создает помех из-за того, что не успевает на высоту воздухозаборника.
На Ил-76 реверсивное устройство установлено на четыре двигателя, но в практике 2-м и 3-м двигателем реверс не применяется, потому процесс может повредить обшивку фюзеляжа.
Двигатель с воздушным винтом
Реверс у винтовых воздушных суден реализуется при помощи поворота лопастей винта (меняется угол атаки лопастей на отрицательный), а именно при неменяемом направлении вращения. Поэтому винт создает обратную тягу. Подобный тип реверсивного устройства способен использоваться на поршневых и на турбовинтовых двигателях. Реверс часто предусматривается на амфибиях и гидросамолетах.
Впервые применение реверса началось в 30-х годах. Реверсом оборудовались пассажирские самолеты «Дуглас ДК-2» и «Боинг 247».
Самолеты без реверсивного устройства
Огромное количество самолетов не использует реверс по его ненадобности или технической сложности. К примеру, в связи с некоторыми способностями механизации крыла и высокой эффективностью воздушных тормозов в хвосте ВАе 146-200 включение реверса не требуется. Соответственно, все 4 двигателя в режиме реверса не работают. По той же причине в устройстве реверса не нуждается самолет Як-42.
Большинство летательных аппаратов с форсажными камерами не обладает реверсом из-за величины после посадочного пробега. Это обстоятельство принуждает строить длинные ВПП, в конце которых следует устанавливать аварийные приспособления для торможения. Самолеты в этом случае оборудуются эффективными колесными тормозами и парашютами. Нужно отметить, что пневматика и тормоза подобных самолетов подвергаются сильному износу и часто требуют замены.
Применение реверса в воздухе
Часть самолетов допускает возможность использования реверса тяги прямо в воздухе, но подобное включение зависит от типа самолета. В некоторых ситуациях реверс включается перед посадкой, а в иных – в момент снижения, что значительно понижает вертикальную скорость торможения или дает возможность избежать допустимого превышения скоростей во время пикирования, экстренного снижения или выполнения боевых маневров.
ATR 72 – турбовинтовой авиалайнер, яркий пример использования реверса в воздухе. Кроме того, воздушный реверс могут применять турбореактивный лайнер «Трайдент», сверхзвуковой авиалайнер «Конкорд», военно-транспортный самолет С-17А, истребитель Сааб 37 «Вигген», турбовинтовой «Пилатус РС-6» и прочие.
Крушение Ту-204: почему не сработал реверс
Наиболее вероятной причиной катастрофы самолета Ту-204 компании Red Wings 29 декабря 2012 года в московском аэропорту Внуково считается отказ реверса. Что такое реверс, и почему он не сработал?
Наиболее вероятной причиной катастрофы самолета Ту-204 компании Red Wings 29 декабря 2012 года в московском аэропорту Внуково считается отказ реверса, пишет газета «КоммерсантЪ». При этом она ссылается на источники в комиссии Межгосударственного авиационного комитета по расследованию ЧП. Что такое реверс, и почему он не сработал?
Но реверс отказал. Точнее не сработал один из его элементов, а именно концевые датчики обжатия, установленные на амортизаторах шасси. «При касании земли происходит обжатие шасси. Самолет проседает, шасси как бы идет к самолету. И в этот момент концы замыкаются. После этого включается режим реверса. Летчик до этого не может включить реверс. Это сделано для того, чтобы предупредить включение реверса в воздухе», — поясняет летчик-испытатель, Герой Советского Союза Магомед Толбоев.
Почему не сработали концевики, должна выяснить специальная комиссия. Может быть, они замерзли или после частых обработок самолета антиобледенительной жидкостью покрылись коррозией и заели. Хотя Магомед Толбоев с этими версиями не соглашается, а выдвигает свою: «Они замерзнуть не могут. Там ничего страшного нет. Это же не такая часть, которая обледеневает, как крыло. Самолет сел, концы замкнулись, уже подключается реверс. Но у них произошло как раз необжатие концов, потому что самолет был пустой. Если бы они грубо сели, концы бы обжались, но, видимо, они мягко сели».
А вот дальше действия экипажа, на взгляд специалистов, выглядят странными. Пока самолет, не останавливаясь, несся по взлетно-посадочной полосе, летчики около минуты пытались включить злополучный реверс. Хотя по инструкции это делать строго запрещается, говорит руководитель аналитической службы агентства «Авиапорт» Олег Пантелеев.
«Только лишь после того, как было потрачено много драгоценных секунд, они уже начали действовать по инструкции, и буквально за секунду до столкновения с препятствием была подана команда выключить двигатели. В то время как действия экипажа предусматривают торможение, как на автомобиле с использованием тормозов колес, и выключение двигателя сразу после обнаружения подобной неисправности», — объясняет Пантелеев.
К вопросам экспертов присоединяется и Магомед Толбоев. «Полоса — 3600 метров. Три раза можно сесть и взлететь. Почему они, видя, что скорость не гасится, идут прямо убиваться, вот вопрос. Ну, если не выжимается, иди на второй круг. Разберись в воздухе и скажи, мол, такая-то обстановка, давайте изучим, что случилось. Они же знают инструкции в самолетах. Там же мы им после испытаний все расписываем», — удивляется Толбоев.
«Довольно-таки мощный порыв в попутном направлении снижает эффективность торможения. Он может как бы приподнять самолет над полосой. То есть сцепление с полосой моментально прекращается или заметно ослабевает. И эффективность торможения с использованием колесных тормозов, естественно, минимальна», – рассуждает Олег Пантелеев.
Пока же версия сильного порыва попутного ветра не подтверждается. В тех документах, на которые ссылаются многочисленные издания, указано, что попутный ветер был достаточно слабый, а то обстоятельство, что самолет был пустой, должно было лишь повысить эффективность торможения.
Кстати, это не первый случай отказа системы реверса на данном типе самолетов. 21 декабря 2012 года по похожему сценарию произошла посадка Ту-204 и тоже компании Red Wings в новосибирском аэропорту Толмачево. Тогда борт выкатился за пределы полосы на 300 метров и остановился в поле лишь после того, как у него стерлись и соскочили все колесные покрышки. 60 пассажиров и экипаж чудом не пострадали.
Что такое отказ реверса у самолета
| | | | | | | | | | | | | | | | | |
|
 Фадин Сергей Сергеевич, аспирант кафедры ДЛА Московского Государственного Технического Университета Гражданской Авиации. Награды: премия для поддержки талантливой молодёжи «Победитель» на НТТМ-2013 в номинации «лучший научно-исследовательский проект»; диплом победителя и наручные часы правительства Москвы за победу в конкурсе «Полёт мысли: авиация и космонавтика» на МАКС-2013. |
Для всех отечественных ВС, независимо от типа, его компоновки, габаритов, взлетного веса, количества и расположения двигателей (в хвостовой части фюзеляжа или на пилонах), взлетной тяги двигателей, величина обратной тяги двигателей одна и та же, а именно Rобр = 3600 кг/с.
Еще более удивительным является выбор скорости пробега ВС, на которой руководство по летной эксплуатации (РЛЭ) рекомендует выключать реверс тяги во избежание попадания в двигатели посторонних предметов с поверхности аэродрома – эта скорость пробега для всех ВС одна и та же, а именно V = 120 км/ч.
Заброс твердых посторонних предметов с поверхности аэродрома реверсивными струями зависит, прежде всего, от компоновки силовой установки на ВС, от направления истечения реверсивных струй и от величины обратной тяги двигателя. Поэтому реальные скорости пробега ВС, на которых происходит заброс реверсивных струй в двигатели, и, следовательно, твердых посторонних предметов, отличаются от скорости, рекомендованной РЛЭ. Причем заброс и реверсивных струй и посторонних предметов происходит на значительно большей скорости пробега (данные получены по результатам натурных и расчетных исследований).
Эксплуатация отечественных самолетов показала недостаточную защищенность двигателей от повреждений твердыми посторонними предметами, забрасываемыми с поверхности аэродрома. Наиболее полной и исчерпывающей характеристикой уровня защищенности двигателя в заданной компоновке воздушного судна можно считать показатель «количество посадок ВС на один досрочный съем двигателя по причине повреждения посторонними предметами», который учитывает одновременно несколько параметров, такие как компоновку двигателя в составе ВС и вероятность повреждения двигателя в процессе эксплуатации.
Если значение этого показателя для основных типов двигателей и самолетов составляет величину порядка 15000…20000 посадок ВС на один досрочный съем двигателя по причине повреждения посторонними предметами (для самолета ЯК-40 – 50000 посадок) [1], то для двигателя ПС-90А значение этого показателя составляет:
— в компоновке самолета ИЛ-96 – 420 посадок;
Таким образом, уровень защищенности двигателя ПС-90А на два порядка хуже уровня защищенности основного парка двигателей всех типов, спроектированных значительно раньше двигателя ПС-90А [2].
Поскольку реверс тяги, согласно АП-33, является принадлежностью исключительно только двигателя [3], и система организации истечения реверсивных струй на всех самолетах не зависит от компоновки cиловой установки на конкретном типе самолета[4], то, следовательно, проблемы, связанные с применением реверса тяги двигателя ПС-90А также должны быть однотипными.
Итак, перечислим характерные проблемы, связанные с применением реверса тяги на самолетах ТУ-204 и ИЛ-96:
— случаи неустойчивой работы двигателей («помпажи») на пробеге самолета с применением реверса тяги;
— повреждение рабочих лопаток компрессора посторонними предметами, забрасываемыми реверсивными струями с поверхности аэродрома;
— искажение показаний приборной скорости у летного экипажа на пробеге самолета.
Все указанные проблемы обусловлены неудовлетворительной внешней аэродинамикой силовой установки на пробеге ВС с применением реверса тяги. Визуальной характер распространения реверсивных струй (внешнюю аэродинамику силовой установки) на самолетах ИЛ-96 и ТУ-204 наглядно представлен на следующем слайде.
Реверсивные струи не только попадают на вход в двигатели, но и значительно ухудшают аэродинамику планера ВС. Очевидно, что истечение реверсивных струй должно быть согласовано с компоновкой самолета таким образом, чтобы избежать попадания реверсивных струй в собственный и соседний двигатели.
За рубежом оптимизации направления истечения реверсивных струй уделяют достаточно много внимания.
На слайдах видно, что направление истечения реверсивных струй на самолете Боинг-747 организовано таким образом, чтобы воспрепятствовать их попаданию в собственный двигатель.
На следующих слайдах представлена, в качестве примера, внешняя аэродинамика силовой установки самолета ТУ-204 при применении реверса тяги на пробеге. Из слайдов наглядно видна неудовлетворительность внешней аэродинамики силовой установки самолета ТУ-204.
Расчетные исследования, проведенные в МГТУ ГА, показывают, что попытки оптимизации направления истечения струй при помощи штатных решеток реверсивного устройства двигателя ПС-90А малоэффективны, что приводит, помимо указанных проблем, дополнительно к такому явлению, как возникновение «газового вала» под двигателем и фюзеляжем самолета, образованного реверсивными струями. «Газовый вал» под двигателем способствует забросу реверсивных струй на вход собственного двигателя, а «газовый вал» под фюзеляжем самолета двигателем искажает показания приборной скорости у экипажа и вызывает появление кабрирующего момента самолета.
Расчетные исследования позволили определить, что остроту указанных выше проблем, связанных с применением реверса тяги на самолете, можно значительно снизить, если не решить полностью, за счет модернизации отдельных секций реверсивных решеток двигателей ПС-90А и ПС-90А-76 (слайд
Применение модернизированных решеток реверсивного устройства двигателя ПС-90А позволяет избежать заброса реверсивных струй на вход в двигатель на скорости пробега самолета ТУ-204 как V= 160 км/ч, так и на скорости пробега, на которой РЛЭ рекомендовано выключать реверс тяги, равной V= 120 км/ч. Более того, заброс реверсивных струй на вход в двигатель при применении модернизированных решеток реверсивного устройства двигателя ПС-90А происходит только на скорости пробега самолета ТУ-204 V= 40 км/ч.
Самолет Ил-476 является глубокой модернизацией самолетов Ил-76ТД-90 и Ил-76МФ, на которых установлены двигатели ПС-90А-76. При установке двигателей ПС-90А-76 на самолет Ил-76, при неизменности компоновки его силовой установки, расстояние между осями соседних двигателей оказалось значительно меньше (4.25 м), чем на самолете Ил-96-300 (6 м) [5].
Поэтому самолету Ил-476 будут присущи те же проблемы, которые имели место у его предшественников – самолетов ИЛ-96 и ТУ-204, и которые приводили к дополнительным затратам на восстановление лопаток компрессора двигателей, поврежденных посторонними предметами. Наряду с этими проблемами появились проблемы, которые непосредственно влияют на безопасность полетов:
— необходимость применения реверса тяги только внешних двигателей;
— случаи появления трещин на силовых кольцах задних опор двигателя [5].
По дефекту появления трещин на силовых кольцах задних опор двигателя сняты с крыла и отправлены в ремонт несколько двигателей. За более чем двадцатилетнюю эксплуатацию двигателей ПС-90А на самолетах ИЛ-96-300 и ТУ-204, ТУ-214 таких дефектов отмечено не было, что свидетельствует о влиянии особенностей расположения двигателей ПС-90А-76 на самолетах ИЛ-76ТД-90, ИЛ-76ТД-90ВД и ИЛ-476 [5].
Необходимость применения реверса тяги только внешних двигателей на самолете ИЛ-476 обусловлена близким расположением реверсивных решеток внутренних двигателей и входными кромками воздухозаборников внешних двигателей, и, как следствие, забросом реверсивных струй на вход внешних двигателей, при большой вероятности проявления неустойчивой работы двигателей. Причем, заброс реверсивных струй на вход во внешние двигатели отмечается на скорости пробега самолета V = 200…220 км/ч, при скорости касания самолета поверхности ВПП на посадке V = 220…230 км/ч.
Заброс реверсивных струй в двигатели сопровождается повышением температуры и значительным падением полного давления втекающего в двигатели воздушного потока
Как видим, параметры воздушного потока, втекающего в наружные двигатели, при использовании реверса тяги внутренних двигателей при каждой посадке самолета ИЛ-476, будут близки к критическим параметрам, при которых возможно возникновение помпажа двигателей. Следует отметить, что случаи помпажа двигателей на самолете ИЛ-76МФ отмечались на скорости пробега V = 155 км/ч, то есть на значительно большей скорости пробега, на которой РЛЭ рекомендует выключать реверс тяги (V = 120 км/ч).
На скорости пробега самолета ИЛ-476 V = 120 км/ч, согласно расчетным исследованиям, проведенным в МГТУ ГА, будет отмечаться массовый заброс реверсивных струй от внутреннего двигателя во внешние двигатели.
Расчетные исследования позволили также определить, что остроту указанных выше проблем, связанных с применением реверса тяги на самолете ИЛ-476, можно значительно снизить, если не решить полностью, за счет модернизации отдельных секций реверсивных решеток двигателей ПС-90А-76.
Внешнюю аэродинамику силовой установки самолета ТУ-154, расположенной в хвостовой части фюзеляжа, также можно считать неудовлетворительной.
Экспериментальные натурные испытания, проведенные на самолете ТУ-154, показали, что величина обратной тяги двигателей завышена на 29%, то есть длина пробега самолета (при имитации обледенелой поверхности ВПП или при торможении ВС только реверсом тяги, без применения колесных тормозов) при величине обратной тяги, равной Rобр = 3800 кг/с и R = 2700 кг/с не изменяется.
Расчетные исследования показывают, что реальная длина пробега самолета ТУ-154, при выбранной (экспериментальным и расчетным путем) величине обратной тяги, равной Rобр = 2500 кг/с, будет превышать реальную длину пробега всего на 40 метров.
Расчетные исследования показывают, что и для самолета ТУ-204 величина обратной тяги завышена, то есть избыточность величины обратной тяги для самолета ТУ-204 составляет 31%.
Эксплуатация самолетов ТУ-204 с двигателями RB-211 производится в иностранных авиакомпаниях при величине обратной тяги, равной Rобр = 2500 кг/с, что соответствует результатам расчетных исследований.
Расчетные исследования, проведенные в МГТУ ГА для самолета МС-21, показали, что первоначально выбранная величина обратной тяги двигателей ПД-14 (Rобр = 2800 кг/с) завышена на 32%
Причем, у двигателя PW1000G, предложенного Pratt & Whiney для самолета МС-21, величина обратной тяги составляет Rобр = 1910 кгс, что также соответствует результатам наших расчетных исследований.
В МГТУ ГА создана методика расчета, согласно которой возможно определять на стадии эскизного проектирования:
— оптимальную, для данной компоновки ВС, величину обратной тяги двигателя;
— длину пробега самолета для различных состояний поверхностей ВПП;
— оптимальное направление истечения реверсивных струй из двигателей для любых компоновок ВС;
Проведенные предварительные расчетные исследования позволяют разработать мероприятия по повышению уровня безопасности полетов, а также расширению эксплуатационных возможностей самолетов ИЛ-76ТД-90, ИЛ-76ТД-90ВД и ИЛ-476 за счет: