В ЦИАМ исследуют возможности обеспечения безопасного крейсерского полета в условиях воздействия ледяных кристаллов

23 октября 2019

Делегация Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») приняла участие в Международной научно-технической конференции SAE 2019 AeroTech Europe, состоявшейся в Бордо – «сердце» авиационного кластера Франции. Представители крупных европейских разработчиков, таких как Airbus, Dassault Aviation, Siemens, обсудили наиболее актуальные темы и технологии разработки авиационной техники завтрашнего дня: «более электрический» самолет, «цифровой двойник» и многие другие.

На конференции специалисты ЦИАМ рассказали об исследованиях возможности компенсации влияния кристаллического обледенения на газотурбинный двигатель (ГТД) средствами автоматического управления.

В отличие от «классического» обледенения, при котором определить зону возможного обледенения не составляет труда, кристаллическое обледенение может возникать при облете грозовых фронтов в условиях «чистого» неба.

– Системы автоматического управления существующих двигателей не могут идентифицировать условия, в которых возможно кристаллическое обледенение, – объясняет начальник сектора ЦИАМ Сергей Сметанин, – поскольку на сегодняшний день отсутствуют надежные серийные датчики, способные определять наличие в атмосфере кристаллов льда. В мире проводятся обширные исследования по разработке таких систем измерения, но они еще не доведены до стадии применения в серийной эксплуатации.

Кристаллическому обледенению, возникающему в широком диапазоне условий эксплуатации вплоть до крейсерского полета, как правило, подвержены средние и последние ступени бустера, а также первые ступени компрессора высокого давления.

На начальном этапе обледенения образование льда на элементах ГТД ухудшает характеристики его узлов, что негативно сказывается на величинах основных параметров. После достижения наледью критической величины происходит отрыв крупных кусков льда и повреждение компонентов проточной части. Это может привести к помпажу, погасанию камеры сгорания и полному отказу двигателя. При этом, в зависимости от выбранного закона управления, параметры двигателя в процессе обледенения могут изменяться в широком диапазоне значений. Задача исследователей – скомпенсировать влияние обледенения на характеристики двигателя и ликвидировать условия для нарастания критической массы льда за счет оптимизации способа управления ГТД.

Для выполнения этой задачи специалисты по системам автоматического управления авиационными силовыми установками ЦИАМ рассмотрели как традиционные, применяемые в современных турбореактивных двигателях способы управления, так и перспективные – с использованием бортовой математической модели двигателя.

Оптимальное управление для поддержания исходных характеристик двигателя в процессе обледенения должно обеспечивать увеличение оборотов ротора турбины низкого давления – и тем самым не допускать значительного снижения температуры во входном тракте двигателя. Закон управления, увеличивающий эти обороты в наибольшей степени, был признан самым удачным с точки зрения «борьбы» с кристаллическим обледенением для обеспечения безотказной работы двигателя.