Предотвращение попадания посторонних предметов в авиадвигатели

АННОТАЦИЯ
В настоящей выпускной квалификационной работе рассматриваются
вопросы, связанные с попаданием посторонних предметов и птиц в двигатели ВС.
В работе рассматриваются основные аспекты проблемы, а также приведены
примеры и методы по ее решению.
Цель работы состоит в поиске наиболее эффективного метода защиты
двигателя от попадания посторонних предметов разного рода и птиц.
В первом разделе данной ВКР представлена постановка проблемы. Дано
определение посторонних предметов на территории аэродрома, приведены
статистические данные по частоте и месте попадания посторонних предметов.
Также представлена классификация посторонних предметов по различным
признакам,
таким
как,
материал,
источник
возникновения
и
характер
повреждений, который они могут нанести двигателю ВС. Также в разделе дается
информация о различных факторах, способствующих засасыванию посторонних
предметов и птиц в двигатели ВС.
Второй раздел ВКР посвящен методам и средствам предотвращения
попадания посторонних предметов и птиц в двигатели ВС. В разделе подробно
описываются конструктивные и системные меры для защиты двигатели от
воздействия посторонних предметов и птиц.
В третьем разделе работы был проведен анализ авиационного события,
произошедшего 16 августа 2022 года на аэродроме Чита, связанного с
самовыключением двигателя ВС Ту-214 в связи с попаданием птицы в двигатель.
Пояснительная записка к ВКР изложена на 59 страницах, содержит 16
рисунков, 2 таблицы и список использованных источников из 19 наименований.
2
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АК – авиакомпания
АО – акционерное общество
БП – безопасность полетов
ВВ – воздушный винт
ВКР – выпускная квалификационная работа
ВНА – входной направляющий аппарат
ВПП – взлетно-посадочная полоса
ВС – воздушное судно
ГА – гражданская авиация
ГТД – газотурбинный двигатель
ДП – диспетчерский пункт
ЕС – европейский союз
КВД – компрессор высокого давления
КНД – компрессор низкого давления
КС – камера сгорания
ОДК – объединенная двигателестроительная корпорация
ПВП – правила визуальных полетов
ПОС – противооблединительная система
ПП – посторонние предметы
РАН – Российская академия наук
РД – рулежная дорожка
СЛО – специальный летный отряд
СМИ – средства массовой информации
СОК – средства объективного контроля
СУ – силовая установка
США – Соединенные Штаты Америки
3
ТВД – турбина высокого давления
ТРДД – турбореактивный двигатель двухконтурный
ФАП – федеральные авиационные правила
ФГБУ – федеральное государственное бюджетное учреждение
ATIS – Aerodrome terminal information service
CFM – commercial fan motor
EASA – European Aviation Safety Agency
FAA – Federal Aviation Administration
FCOM – flight crew operating manual
FOD – foreign object debris
IAE – international aero engine
ICAO international civil aviation organization
ILS – instrument landing system
NASA – National Aeronautics and Space Administration
PCI – pavement condition index
QFE – Q-code field elevation
SOP – standard operating procedures
US – United States
UTC – universal time coordinated
4
СОДЕРЖАНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ............................................. 3
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 7
1
Аспекты проблемы попадания посторонних предметов и птиц в
двигатели ВС ................................................................................................................ 10
1.1 Понятие о посторонних предметах на аэродроме ............................................... 10
1.2 Источники посторонних предметов ...................................................................... 12
1.3 Проблемы, вызываемые посторонними предметами на аэродроме .................. 14
1.4 Статистика попадания посторонних предметов в двигатели ВС ....................... 16
1.5 Механика засасывания посторонних предметов в двигатель............................. 18
1.5 Проблема попадания птиц в авиадвигатели ......................................................... 22
1.6 Факторы, влияющие на серьёзность столкновения с птицами .......................... 27
1.7 Последствия столкновения ВС с птицами ............................................................ 28
1.8 Выводы по первому разделу .................................................................................. 29
2
Предотвращение
попадания
посторонних
предметов
и
птиц
в
авиадвигатели .............................................................................................................. 31
2.1 Программа по минимизации рисков, связанных с посторонними предметами 31
2.2 Конструктивные меры для защиты от попадания посторонних предметов в
двигатели ВС.................................................................................................................. 37
2.3 Мероприятия по предотвращению образования вихревого шнура ................... 40
2.4 Эксплуатационные приемы для предотвращения засасывания двигателем
посторонних предметов ................................................................................................ 41
2.5 Меры по снижению риска столкновения ВС с птицами ..................................... 42
2.6 Выводы по второму разделу .................................................................................. 45
3
Проблема столкновения ВС с птицами в контексте обеспечения БП .... 48
3.1 Анализ авиационного события, связанного с попаданием птицы в двигатель
ВС ТУ-214 16.08.22 на аэродроме Чита ...................................................................... 48
3.2 Выводы по третьему разделу ................................................................................. 55
5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................. 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................................... 59
6
ВВЕДЕНИЕ
Последние пять лет для гражданской авиации стали настоящей проверкой
на прочность, причем не только для российской, но и для мировой. Так, в 2019
году весь мир столкнулся с коронавирусной инфекцией, приведшей к трехлетней
пандемии, последствия которой ощущаются даже сейчас. За годы пандемии
объем воздушных перевозок снизился почти на 60 % [1]. Однако пандемия
постепенно закончилась, открыв дорогу для небывалого роста числа перевозок
воздушным транспортом.
Затем, в 2022 году мир также столкнулся с значительным кризисом,
связанным с нестабильной геополитической обстановкой, в результате которого
цены на топливо увеличились, что сказалось на стоимости авиационных
перевозок. Однако, несмотря на этот фактор, объем перевозок не уменьшился, а
даже наоборот, увеличился. Такое увеличение связано с открытием новых
направлений и переориентировки авиакомпаний, в частности Российских, на
рынок средней Азии и Ближнего Востока. Таким обозом, количественный
показатель воздушных перевозок с каждым годом будет только расти. И, как
показывает практика, рост числа полетов напрямую влияет на показатели
аварийности в авиационной отрасли.
Значительная часть авиационных происшествий произошла по причине
неисправностей с двигателем. Причин для отказа или срыва потока в реактивном
двигателе может быть множество, одной из которых является попадание
посторонних предметов в воздухозаборник двигателя. В некоторых случаях
такими посторонними предметами могут выступать объекты дикой природы,
например, птицы.
Ежегодно международной организацией гражданской авиацией ICAO
регистрируется порядка 5 тысяч столкновений ВС с птицами [2]. По данным FAA
в одних только США за период с 1990 по 2019 годы было зафиксировано порядка
227 тысяч столкновений воздушных судов с птицами. В 2019 году было
7
зафиксировано 17228 случаев столкновения с птицами по всей стране [3].
Что касается Российской Федерации, то стоит отметить, что, хотя
наблюдения за столкновениями с птицами ведется с начала 1970-х годов, лишь в
2015 году Росавиация начала принимать от авиакомпаний добровольные
сообщения о подобных случаях. Так, за первые девять месяцев 2022 года известно
о 881 случае столкновения с птицами, 69 из которых были классифицированы как
авиационные инциденты [4]. Наибольшее количество столкновений происходят в
летние месяцы, а именно в июле. В 2019 году в России было зафиксировано 1299
случаев, один из которых привел к авиационному происшествию. Тогда самолет
A321-200 авиакомпании «Уральские авиалинии» столкнулся со стаей чаек при
взлете в аэропорту Жуковский, в результате чего у самолета отказали оба
двигателя.
Другой известный случай произошел 15 января 2009 года в Нью-Йорке. В
тот день самолет А320-214 американской авиакомпании «US Airways» столкнулся
со стаей канадских Казарок, в результате чего у ВС отказали оба двигателя. В
обоих происшествиях удалось избежать жертв, благодаря мастерству пилотов и
удачного стечения обстоятельств, однако стоит понимать, что исход таких
событий далеко не всегда будет благоприятным.
Как уже упоминалось выше, отказы авиационной техники, в частности
двигателей также зачастую происходят из-за попадания посторонних предметов.
К таким посторонним предметам относятся разнообразные инструменты,
оставленные авиационным техническим персоналом на перроне или РД,
фрагменты покрытия ВПП, РД или перрона. В некоторых случаях в двигатель
может попасть бетонная крошка или песок, лежащий на ВПП, а также детали и
части других ВС.
Посторонние предметы могут повредить не только двигатели ВС, но и
механизмы закрылок, они способны порезать шины колес шасси, а также
закупорить приемники давления, что может привести к ненадежным показаниям
скорости. Экономические потери от попадания посторонних предметов обходятся
8
авиаотрасли в 4 миллиарда долларов в год.
К сожалению, стопроцентной защиты от попадания посторонних
предметов и птиц в авиадвигатели в настоящее время не существует, однако, при
соблюдении специальных мероприятий количество отказов авиационной техники
по вышеупомянутым причинам можно значительно сократить. Об этих
мероприятиях и пойдет речь в данной дипломной работе.
Объектом исследования являются отказы и неисправности авиационных
газотурбинных двигателей по причине попадания посторонних предметов и птиц.
Предметом
исследования
являются
мероприятия
для
уменьшения
количества попаданий посторонних предметов и птиц в авиадвигатели.
Цель данной дипломной работы состоит в поиске наиболее эффективных
методов
предотвращения
попадания
посторонних
предметов
и
птиц
в
авиадвигатели.
В основу настоящей работы легли положения теоретической методологии,
основанной на анализе данных из всевозможных источников.
9
1
Аспекты проблемы попадания посторонних предметов и птиц в
двигатели ВС
1.1 Понятие о посторонних предметах на аэродроме
К понятию посторонних предметов на ВПП или площади маневрирования
аэродрома можно отнести любые предметы, вещи, а также мусор, который
способен нанести вред или повреждение транспортному средству или системе ВС
или других механизмов на аэродроме. Другими словами, к посторонним объектам
на аэродроме можно отнести любой предмет, не предназначенный для
нахождения там в период выполнения какой-либо операции, связанной с
эксплуатацией воздушного транспорта или иной деятельности в интересах
авиатранспортной сферы. Такие объекты могут быть самых разных размеров, но
одно их объединяет: все они несут угрозу авиационному транспорту. Согласно
определению FAA посторонние объекты в контексте авиации
это, главным
образом, объекты, способные нанести сильный вред аэродрому, наземному
персоналу и различному оборудованию. Последствия от таких объектов на
аэродроме могут быть очень серьезными, включая нанесение травм наземному
персоналу и даже смерти. Известны смертельные случаи по причине попадания
сдуваемых горячей струей рулящего ВС посторонних объектов в человека.
Посторонние объекты по своей структуре можно разделить на два вида:
мягкие и твердые. Согласно отчету Организации исследований и технологий от
2005 года повреждения от мягких объектов, в основном, сводились к
столкновению с птицами, ледяными глыбами и пластиковыми предметами [5].
Эффект от взаимодействия с различными по структуре предметами так же
разнится. Попадание мягких объектов обычно можно распознать по вмятинам
большего радиуса на лопатках компрессора и вентилятора двигателя, в то время
как для столкновений с твердыми телами повреждения характеризуются сколами
и вмятинами малого радиуса. Например, столкновение с кусками металла или
бетона обычно приводят к сколам и трещинам на передней и задней кромках
10
лопаток вентилятора, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1 – Повреждения лопаток вентилятора от столкновения с металлическим
предметом
На летном поле и зоне маневрирования аэродрома могут находиться
посторонние предметы различным видов и форм и все они несут угрозу
безопасности при выполнении деятельности по авиаперевозке.
Можно выделить четыре основных класса посторонних предметов:
−
металлические объекты;
−
каменные и бетонные объекты;
−
птицы;
−
прочее.
Согласно исследованию, проведенному Институтом автоматизированных
систем Франции, более 60 % всех собранных в результате исследования
посторонних предметов были изготовлены из металла, другие 18 % были
изготовлены из резины и прочие из других различных материалов [5].
11
1.2 Источники посторонних предметов
В апреле 2005 года авиакомпания Delta Airlines провела экспертную
комиссию по анализу повреждения двигателей посторонними объектами. Целью
исследования было выявление материала посторонних предметов, которые были
замечены в инцидентах с повреждением силовой установки ВС. В результате
исследования было выяснено, что основными «виновниками» в повреждении
двигателей самолетов были части и элементы конструкции других самолетов, их
доля составила порядка 45 %. Кроме того, исследование показало, что около
17,5 % повреждений были вызваны пассажирским багажом и прочим их
имуществом. Результаты исследования показаны на рисунке 2.
Рисунок 2 – Соотношение видов посторонних предметов, замеченных в
повреждении двигателей
Другое
исследование,
проведенное
австралийским
агентством
по
безопасности полетов, показало, что более 33 % всех посторонних предметов,
замеченных в инцидентах с повреждениями двигателей, были деталями
реверсивного механизма двигателей других ВС [6]. К таким деталям относятся
замки ковшей реверса, а также всевозможные скрепляющие части шарнирной
группы реверсивного устройства. Кроме того, значительную часть источников
посторонних предметов составляли строительные работы вблизи аэродромов. В
12
зимнее время года проблема присутствия посторонних предметов даже более ярко
выражена, поскольку под воздействием низких температур окружающего воздуха
асфальтобетонное покрытие перрона и РД может покрыться трещинами, оставив
за собой большое количество высвободившихся посторонних предметов в виде
кусков бетона и асфальта.
Погодные условия также могут способствовать появлению посторонних
предметов. Так, сильный ветер способен надуть на площадь аэродрома песочные
отложения, пластиковые
отходы
и
различные
пакеты
с
некритических
поверхностей аэродрома на ВПП.
В таблице 1 представлены основные источники посторонних предметов.
Таблица 1 – Виды и источники посторонних предметов
Вид постороннего предмета
Источник
Инструменты для обслуживания
Недисциплинированность сотрудников
ВС
наземного обслуживания
Части аэродромной
Покрытие площади маневрирования, огни,
инфраструктуры
знаки
Объекты окружающей среды
Животные, снег, лед
Детали оборудования
Автомобили, оборудование персонала,
топливозаправщики и строительное
аэродромных служб
Парковочное оборудование
Части ВС
Части РД и ВПП
Кроме
перечисленных
оборудование
Колодки для ВС, фиксирующие стропы
Топливные крышки, измерители уровня
масла, фрагменты покрышек
Бетонные осколки, резиновые уплотнители,
облупившаяся краска
выше
исследований,
британское
агентство
гражданской авиации также провела исследование о расположении посторонних
предметов на аэродроме. В течение десяти месяцев рабочая группа собирала
13
данные о размерах, массе, классе каждого постороннего объекта, а также делала
фотографии этих объектов. Было собрано множество видов посторонних
предметов в самых разных местах аэродрома, однако большинство их них, а
именно 55 % всех посторонних объектов были обнаружены на местах стоянок ВС.
На рисунке 3 представлена диаграмма распределения посторонних предметов на
территории аэродрома.
Рисунок 3 – Распределение посторонних предметов на территории
аэродрома
1.3 Проблемы, вызываемые посторонними предметами на аэродроме
С посторонними предметами в авиационной индустрии связано немало
проблем. В основном, данные проблемы сводятся к повреждению или
разрушению частей самолета. Повреждения можно разделить на две категории:
критические и некритические. К примерам некритических повреждений можно
отнести вмятины на поверхности фюзеляжа. К критическим же повреждениям
относятся повреждения лопаток двигателя, заклинивание и неисправности
рулевых поверхностей, перебои в электропитании. Согласно австралийскому
исследованию, которое уже упоминалось выше, 11 % всех инцидентов с
14
посторонними объектами было связано с повреждениями колес шасси и
двигателей ВС [6]. Такие повреждения наносят большой финансовый ущерб
авиакомпаниям через прямые и косвенные расходы. Прямы расходы включают
затраты на замену несправного оборудования, в то время как косвенные расходы
сводятся к потере прибыли из-за задержек и отмен рейсов, а также из-за
дополнительной работы, возникающей у наземного персонала.
Двигатели ВС находятся в группе наибольшего риска по возможности
засасывания посторонних предметов. Мягкие и твердые посторонние объекты
различных форм и масс могут привести к существенным проблемам при
попадании в газовоздушный тракт двигателя. Такое попадание почти со
стопроцентной вероятностью повредит лопатки ротора и ступени статора
двигателя. Повреждения ротора компрессора приводит к возникновению
вибрации и срыву потока в тракте двигателя, что незамедлительно приводит к
помпажу двигателя и потере тяги. Исследование, проведенной С. Р. Томсоном о
попадании посторонних предметов в различные авиадвигатели показало, что
засасывание посторонних предметов представляет наибольшую опасность именно
для турбореактивных двигателей [7]. В некоторых случаях повреждения
настолько значительны, что единственным решение является замена двигателя.
Повреждения
внутри
двигателя
обычно
несут
более
серьезные
последствия, поскольку зачастую они не могут быть обнаружены невооруженным
взглядом. Характер и уровень повреждений лопаток двигателя посторонними
объектами можно разделить на следующие категории:
−
незначительные требуется исправление погнутых лопаток;
−
умеренные требуется замена лопаток одной ступени;
−
значительные требуется замена лопаток нескольких ступней;
−
критические
требуется замена лопаток компрессора, а также
дополнительные ремонт других элементов двигателя.
Стоит также отметить, что повреждение лопаток компрессора реактивного
двигателя влечет за собой увеличение расхода топлива. Как показало
15
исследование, основавшееся на ВС Boeing 767, гнутые лопатки увеличивало
расход топлива на величину, эквивалентную 148 долларам за один полет [8].
Повреждение двигателя посторонними предметами приводит к простою
самолета для осуществления над ним технического обслуживания. ВС будет
возвращено к полетам только после того, как все необходимые процедуры по
инспекции и ремонту будут выполнены.
В случае серьезных повреждений двигателя самолет может простоять на
земле в течение достаточно долгого времени, что с высокой долей вероятности
повлечет за собой отмены некоторых рейсов авиакомпании, что в свое очередь
принесет большие финансовые и имиджевые потери. Известно, что стоимость
задержки составляет около 40 долларов в минуту для одного ВС. Затраты
обосновываются временем занятия гейта, временем руления, времени полета,
заруливания на стоянку.
Данные от двух больших европейских аэропортов показали, что закрытие
полос из-за посторонних предметов или животных на ВПП, составляют, в
среднем, от 200 до 240 минут ежемесячно.
Цена таких закрытий ВПП составляет 26740 долларов на каждые 10000
рейсов в средних аэропортах и до 1 миллиона долларов в больших гаванях.
1.4 Статистика попадания посторонних предметов в двигатели ВС
Проблема попадания посторонних предметов представляет собой большую
угрозу для воздушного транспорта. По существу, данная проблема частично
может быть решена внедрением точных и надежных методов контроля за
посторонними предметами. В настоящее время известно достаточное количество
случаев попадания посторонних предметов в различные места пассажирских ВС.
Такое большое количество происшествий, связанных с посторонними предметами
на площади аэродрома не могло остаться незамеченным, благодаря чему и были
проведены неоднократные исследования в данной области. В результате
исследований выяснилось, что взаимодействие с посторонними предметами
16
является наиболее вероятным происшествием, которое может обернуться в
катастрофу.
Согласно отчету Австралийского агентства безопасности на воздушном
транспорте, с 1998 по 2008 год в Австралии произошло 116 происшествий с
участием посторонних предметов, которые затронули по большей части
дальнемагистральные ВС [9]. Данные происшествия имели место в наиболее
загруженные часы в крупных австралийских аэропортах. 9 из них произошли на
перроне аэродрома, в то время как остальные имели место быть на рулежных
дорожках. Другие случаи включали в себя происшествия во время буксировки
ВС, например, прокол шины колеса шасси. Также нередки были случаи
засасывания посторонних объектов двигателем в процессе запуска у гейта. Также
в результате австралийского исследования выяснилось, что в 80 % случаев
взаимодействие ВС с посторонними объектами не повлекло за собой каких-либо
последствий для выполнения авиатранспортной деятельности. Однако, наиболее
часто наблюдаемым последствием был уход ВС на второй круг для выполнения
повторного захода или прерванный взлет. На рисунке 4 представлена диаграмма
распределения последствий взаимодействия ВС с посторонними предметами. Как
видно из данной круговой диаграммы, 20 % всех событий заканчиваются с
последствиями для регулярности авиационных перевозок. Около одного процента
всех событий приводят к выгрузке пассажиров и грузов, что косвенно говорит о
задержке или и полностью отмене рейса.
Рисунок 4 – Последствия взаимодействия ВС с посторонними предметами
17
1.5 Механика засасывания посторонних предметов в двигатель
Засасывание посторонних предметов в турбореактивный двигатель ВС
зачастую усиливается из-за вихря на входе в воздухозаборник. Особенно данное
явление актуально при движении на малой скорости или стоянке самолета при
высоких оборотах компрессора. Но несмотря на актуальность данной проблемы,
рабочий процесс вихреобразования до конца не изучен и по сей день. И ныне
специалисты, изучающие данное явление, не могут установить его физическую
сущность. Наиболее близким аналогом данных вихрей являются атмосферные
смерчи, рабочий процесс которых связывают с суточным вращением Земли [10].
Но возможности современной науки не позволяют установить рабочий
процесс
отмеченных
проблемных
газодинамических
явлений.
Актуальна
проблема исследования рабочего процесса вихрей газотурбинных силовых
установок с учетом влияния внешних факторов (силы Кориолиса, интерференции
с подстилающей поверхностью и другими частями ВС). Типичный вихрь на входе
в турбореактивный двигатель представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 – Вихрь на входе в ТРДД
Рассмотрим
подробнее
заброс
посторонних
предметов
вихревыми
течениями и определим параметры посторонних предметов, забрасываемых на
вход в двигатель. Для примера возьмем двигатель ПС-90А.
18
На рисунке 6 представлена расчетная схема воздухозаборника двигателя,
используемого в анализе.
Рисунок 6 – Расчетная схема воздухозаборника двигателя ПС-90А
В настоящее время существует несколько программ расчета параметров
воздушного потока, втекающего в двигатель. Для определения параметров
движения посторонних предметов в поле скоростей воздушного потока в районе
входа в воздухозаборник была использована программа расчета, основанная на
методе дискретных вихрей.
Программа расчета предназначена для проведения параметрических
исследований течения воздушного потока вблизи воздухозаборника и процесса
засасывания посторонних предметов в проточную часть двухконтурного
двигателя в зависимости от различных конструктивно- компоновочных факторов
и внешних условий. Задача расчета течения воздушного потока вблизи
воздухозаборника решается методом дискретных вихрей.
Движение
имитируется
воздушной
системой
массы,
обусловленное
пространственных
стоков
работой
двигателя,
с
суммарной
производительностью Gв (кг/с), зависящей от режима работы двигателя. При
решении расчетной задачи основная система координат связана с мотогондолой,
при этом ось Х направлена вдоль оси симметрии ГТД по потоку, ось У – вверх,
19
ось Z – влево при взгляде по потоку.
Данная программа позволяет учесть влияние следующих факторов:
−
высота расположения двигателя над поверхностью аэродрома и
поверхностью аэродрома);
−
форма мотогондолы;
−
наличие и форма кока двигателя и разделительного контура;
−
скорость руления самолета;
−
скорость ветра;
−
направление ветра.
Из эпюры горизонтальных скоростей воздушного потока в приземном
слое, представленной на рисунке 7 видно, что точка торможения расположена на
поверхности аэродрома на некотором расстоянии перед воздухозаборником
двигателя. Также видно, что эпюра горизонтальных скоростей имеет два
максимума: один перед воздухозаборником, второй под воздухозаборником.
Рисунок 7 – Эпюра горизонтальных скоростей воздушного потока в приземном
слое
Максимальное значение горизонтальной скорости воздушного потока в
приземном слое при работе внутреннего двигателя ПС-90А на взлетном режиме
равно 9,6 м/с. Из результатов расчетов видно, что значение горизонтальной
скорости воздушного потока в приземном слое значительно превосходит
20
граничное значение для возможности зарождения и существование вихря на
самолете Ил-96-300, равное 1,5 м/с.
На наличие точки торможения на поверхности земли указывает характер
эпюры горизонтальной составляющей приземного слоя воздуха, при котором
изменение вектора движения горизонтальной составляющей происходит через
нулевое значение. В точке торможения воздушный поток двух направлений
встречается и разворачивается вверх, в сторону воздухозаборника, как показано
на рисунке 8.
Рисунок 8 – Формирование вихря на входе в воздухозаборник
Точка торможения находится на поверхности аэродрома несколько
впереди входных кромок воздухозаборника. В реальных условиях работы
двигателя
существование
вихря
возможно
в
некоторой
зоне
под
воздухозаборником, называемой зоной существования вихря, и при определенной
длительности его существования. Чем ближе к эпицентру зоны существования
вихря, тем более вероятно появление вихря. Ввиду малой длительности
существования вихря (вихри с длительностью существования до 1,5 секунд
составляют 80 % всех вихревых шнуров), в первом приближении, можно считать,
что подброс посторонних предметов вихревым течением происходит именно из
эпицентра зоны существования вихря.
21
1.5 Проблема попадания птиц в авиадвигатели
К посторонним предметам на летном поле также можно отнести и птиц.
Столкновения птиц с воздушными судами берет свое начало с самых ранних
времен становления гражданской авиации. Статистика столкновений ВС с
птицами варьируется в зависимости от региона и страны. Так, показатели
столкновений с птицами варьируются в диапазоне от 2,83 до 8,19 случаев на
10000 полетов. В таблице 2 представлена статистика числа столкновений на 10000
полетов в зависимости от страны [11].
Таблица 2 – Показатель столкновения ВС с птицами на 10000 вылетов
Страна
Показатель
Период оценки
Австралия
7,76
2008 – 2017
Канада
3,51
2008 – 2018
Франция
3,95
2004 – 2013
Германия
4,42
2010 – 2018
Великобритания
7,76
2012 – 2016
США
2,83
2009 – 2018
В большинстве случаев попадание птицы в самолет оканчивается фатально
для самой птицы, в то время как только от 2 до 8 процентов столкновений
приводят к повреждению ВС. По разным оценкам инциденты, связанные со
столкновением с птицами, обходятся мировой отрасли ГА в 1 миллиард долларов.
По состоянию на 2019 год, за всю историю мировой гражданской авиации
произошло 618 катастроф и погибло 534 человека по причине столкновения ВС с
птицами [11].
Кроме
столкновения
с
птицами,
воздушное
судно
также
может
столкнуться и с другими представителями фауны дикой природы, однако данные
случаи в данной работе не рассматриваются, так как процент их невелик, а также,
потому что подобные случаи довольно легко предотвратить путем установки
забора по периметру территории аэродрома.
22
За последнее десятилетие вероятность столкновения ВС с различными
видами птиц усилилась как из-за роста числа воздушных перевозок, так и из-за
адаптации многих видов птиц в районы, заселенные человеком. ICAO во втором
десятилетии 21 века постановила всем странам участникам организации вести
обязательный учет случаев столкновения ВС с птицами. Эти данные обычно
собираются и обрабатываются местными авиационными властями. Качество
статистики зависит от состоятельности данных, предоставляемых пилотами,
диспетчерами воздушного движения, наземным персоналом, а также персоналом
орнитологической службы. В связи с этим большое внимание стало уделяться
местными органами авиации орнитологическому обеспечению и качеству
подаваемой информации. На территории европейского союза, где раньше не
существовало
достаточной
нормативно-правовой базы
касательно подачи
сообщений о столкновениях с птицами, с 2015 года была введена система
обязательного контроля и подачи таких сообщений. В некоторых странах, таких
как, например, США, введена процедура добровольных сообщений, которая
поощряется различными методами для разных АК. Таким образом, в США с
начала действия такой программы авиакомпании и пилоты любители стали
подавать сообщения в 91 % случаев столкновения с птицами, в то время как до
введения данной программы количество поданных сообщений составляло всего
41 % [11]. Кроме того, с 2015 года во многих странах, в том числе и в России,
введена система добровольных сообщений о случаях столкновения ВС с птицами.
Поэтому рост числа фиксируемых столкновений не всегда ведет к увеличению
риска для БП.
Вероятность столкновения ВС с птицами определяется различными
параметрами, такими как высота, время суток, географический регион, время года
и тип воздушного судна.
Что касается случаев столкновения с птицами на различных высотах, то
наибольшая вероятность имеет место на низких высотах. Согласно статистике,
88 % столкновений произошло ниже высоты 2500 футов, 71 % ниже высоты 500
23
футов. С ростом высоты вероятность столкновения с птицей снижается. Такая
закономерность хорошо коррелирует с фазами полета, в течение которых
происходит
наибольшее
количество
столкновений,
а
именно
взлет,
первоначальный набор высоты, а также заход на посадку и посадка. Однако, стоит
отметить, что доля серьезных столкновений с птицами, приводящих к более
серьезным последствиям, с ростом высоты так же растет. Этому способствует
высокая кинетическая энергия столкновения, обусловленная большей скоростью,
а также более высокой массой птиц, обитающих на больших высотах. На рисунке
9 представлено распределение количества столкновений с птицами от высоты.
Столковение с птицей, %
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
1-500
501-1500
1501-2500 2501-3500 3501-4500 4501-5500 5501-6500 более 6500
Высота, фт
Все случаи
Серьезные случаи
Рисунок 9 – Зависимость случаев столкновения с птицами от высоты
Еще одним фактором, влияющим на вероятность столкновения с птицами,
является время года. В зимнее время года, как в северном, так и в южном
полушариях, риск столкновения с птицами самый низкий. Напротив, в летнее
время года риск столкновения возрастает существенно. Это связано зачастую с
тем, что молодые особи пернатых только учатся летать и не обладают
достаточным потенциалом, чтобы заметить и увернуться от воздушного судна. В
переходные периоды, такие как осень и весна также наблюдается рост количества
столкновений с птицами, поскольку в эти времена года происходит обширная
24
миграция птиц в места с более благоприятной температурой воздуха. На рисунке
10 представлена диаграмма распределения числа
столкновений птиц в
процентном соотношении в зависимости от месяца. На графике также видно, что
в Австралии и, например, Европе или Канаде ситуация противоположна. Это
связано с тем, что Австралия расположена в южном полушарии, соответственно,
когда в северном полушарии зима, в южном – лето.
Рисунок 10 – Сезонное распределение столкновений ВС с птицами в Австралии,
Европе, Канаде и США
Кроме того, вероятность столкновения разнится в зависимости от
географического местоположения и условий среды. Дело в том, что в разных
местах на планете обитают птицы в разном количестве и с разными
25
поведенческими особенностями. Для района аэродрома определяющим фактором
для присутствия птиц является ландшафт местности. В регионах, над территорией
которых располагаются маршруты миграции птиц, опасность столкновения также
значительно увеличивается. Также вероятность столкнуться с птицей зависит от
времени суток. Большинство столкновений ВС с птицами по отношению к
количеству полетов по статистике происходит в ночное время суток. Такая
закономерность прослеживается из-за высокой активности птиц в темное время
суток, особенно в период миграции [11]. Однако, в абсолютных числах
количество столкновений в дневное время все же больше по причине значительно
большего количества рейсов в дневное время суток.
Вдобавок к географическому местоположению аэродромов решающим
фактором также является и сама среда вокруг аэродрома. Некоторые аэродромы
являются более предпочтительными для обитания птиц в пределах одной
географической зоны. Присутствие различных свалок вблизи района аэродрома,
например, существенно увеличивают привлекательность аэродрома для птиц.
ICAO требует обязательную оценку рисков столкновения ВС с птицами на
каждом аэродроме.
Стоит отметить, что вышеупомянутые факторы не единственное, что
влияет на вероятность столкновения с птицей. Характеристики самого
воздушного судна также играют роль в степени риска столкновения. Так,
самолеты с турбовентиляторными двигателями представляют наибольший риск
засасывания птиц, чем ВС с другими типами двигателей. Кроме того, из-за
больших взлетных и посадочных скоростей такие самолеты менее маневренные,
что также негативно сказывается на возможности избежать столкновения. За
последние годы турбовентиляторные двигатели стали значительно больше в
диаметре, что также увеличивает риск попадания в них птиц.
Число самолетов с турбовентиляторными двигателями, равно как и их доля
в общем числе гражданских самолетов за последние несколько десятков лет
значительно возросло. По данным на 2006 год, в мире было зарегистрировано
26
20444 ВС с турбовентиляторным двигателем, что составляет порядка 80 % всех
гражданских ВС. В 2015 же году число таких самолетов возросло до 22690 штук,
что составляет 86,5 % всех гражданских ВС.
По данным Канадского агентства воздушного транспорта с 2008 по 2018
годы
число
столкновений
с
птицами
на
ВС,
оборудованных
турбовентиляторными двигателями, в 1,7 раз превышало число столкновений ВС
с различного рода винтовыми двигателями.
Также стоит отметить, что шумовые характеристики ВС также влияют на
возможность столкновения. Так, более тихие самолеты чаще подвергаются
столкновению с птицами, поскольку последние позже обращают внимание на
приближающуюся угрозу, вследствие чего времени на успешный маневр
уклонения от ВС становится уже недостаточно.
1.6 Факторы, влияющие на серьёзность столкновения с птицами
Последствия столкновения с птицей для летательного аппарата зависят от
конкретных обстоятельств каждого столкновения. Главный критерий силы
столкновения
–
кинетическая
энергия
удара.
Кинетическая
энергия
взаимодействия птицы с ВС описывается формулой:
=
где
∙
∙
,
(1)
– кинетическая энергия удара птицы о ВС, Дж;
– масса птицы, кг;
V – относительная скорость полета птицы и ВС, м/с.
В данном уравнении под массой понимается масса всех птиц,
участвующих в ударе. Что касается скорости, то из-за высокой относительной
скорости полета ВС и низкой относительной скорости полета птицы, последней
можно пренебречь. Как уже упоминалось ранее, наибольшую опасность для
конструкции ВС несет столкновение на высотах, превышающих 500 футов. Так,
27
75 % всех столкновений происходят ниже высоты 500 футов, однако только 55 %
из них влекут за собой повреждение какой-либо части ВС. Уровень повреждений
растет с ростом высоты, на которой произошло столкновение. Так, 3,7 %
столкновений в процессе взлета и посадки привели к повреждению ВС, 7,9 %
столкновений во время захода и набора высоты привели к повреждениям и 34 %
столкновений на маршруте привели к повреждению ВС. Это объясняется более
высокой скоростью полета на больших высотах, а также большей массой птиц,
обитающих на большой высоте, таких как канадские гуси и стервятники.
Сочетание высокой скорости полета с большой массой приводит к высокой
кинетической энергии столкновения.
1.7 Последствия столкновения ВС с птицами
Большинство столкновений птиц происходят с большими частями планера,
такие как крылья, носовая часть самолета, двигатели.
Проанализировав статистические данные с 1998 по 2008 годы, EASA
пришло к выводу о том, что 44 % столкновений самолета с посторонними
предметами в виде птиц пришлось на силовую установку [12]. На рисунке 11
представлена диаграмма мест попадания птиц в самолет.
Рисунок 11 – Места столкновения птиц с ВС
Несмотря на это, степень повреждения детали напрямую зависит от ее
28
размера. Небольшие детали, такие как приемники воздушного давления и датчики
углов
атаки
являются
наиболее
подверженными
разрушению
из-за
их
расположения (в передней части фюзеляжа) и хрупкости конструкции.
1.8 Выводы по первому разделу
Данный раздел ВКР был посвящен всевозможным аспектам попадания
посторонних предметов, к числу которых относятся и птицы в двигатели ВС.
В первой главе раздела была представлена информация о понятии
посторонних предметов на аэродроме, об их разновидностях и повреждениях,
которые они способны причинить современному ВС.
Вторая глава была посвящена источникам посторонних предметов. По
изученным данным можно сделать вывод о том, что 45 % всех опасных предметов
являются частями и деталями других ВС. Вторым по многочисленности
источником посторонних предметов являются забытые и утерянные предметы
ручной клади и багажа пассажиров. Также 15 % посторонних предметов являются
инструментами наземного персонала. Другие источники посторонних предметов
являются осколками бетонного покрытия рулежных дорожек, перрона и прочих
объектов маневренной площади аэродрома.
В третьей главе раздела представлены основные проблемы, вызываемые
попаданием посторонних предметов в двигатели ВС. В частности, представлена
информация об экономических потерях авиакомпаний, связанных с ремонтом
различных частей ВС, повреждение которых связано с попаданием посторонних
предметов в двигатель ВС или часть фюзеляжа. Также в данной главе указана
классификация
повреждения
Статистические
данные
о
двигателей
повреждениях
посторонними
двигателей
ВС
предметами.
посторонними
предметами также представлены в данном разделе. Из анализа таких данных
стоит отметить, что 20 % всех случаев попадания посторонних предметов не
проходит бесследно для экипажей и авиакомпаний.
В пятой главе данного раздела подробно описана механика образования
вихревых жгутов на входе в воздухозаборник турбовентиляторного двигателя. На
29
основании информации, представленной в данной главе можно сделать вывод о
том, что такие вихри способствуют попаданию посторонних предметов в
двигатель при опробовании двигателя ВС на стоянке.
В главах 1.5-1.7 представлена информация об аспекте попадания птиц в
двигатели ВС в рамках исследуемой темы. Из анализа темы серьезности
столкновения птиц с ВС и факторов, влияющих на это, можно сделать вывод о
том, что на степень повреждения от такого столкновения наибольшее влияние
оказывает масса птицы и скорость полета ВС.
30
2
Предотвращение попадания посторонних предметов и птиц в
авиадвигатели
Для частичного решения проблемы попадания посторонних предметов,
включая объектов живой природы, в двигатели воздушных судов применяется
множество методов и средств. Эти методы сводятся не только к внедрению
программ по уменьшению количества посторонних предметов и уменьшению
вероятности нахождения подобных предметах на территории аэродрома и полосе
воздушных подходов, но и включают в себя специальные технологические
приспособления и системы, помогающие защитить двигатель самолета от
пагубного влияния посторонних объектов. О таких методах и мероприятиях и
пойдет речь в данной главе.
2.1 Программа по минимизации рисков, связанных с посторонними
предметами
Для повышения уровня безопасности полетов и эксплуатации ВС на земле
необходимо применять и внедрять меры по борьбе с присутствием посторонних
предметов на территории аэродрома. Основной задачей таких мер и мероприятий
является минимизация присутствия посторонних предметов на территории
аэродрома.
Наиболее
значимым
фактором,
способствующим
улучшению
ситуации, является непрерывное следование установленным принципам, в первую
очередь со стороны руководящего состава служб аэропортов.
Для успешной и качественной работы в области защиты аэродрома от
посторонних предметов необходимо применять организованный подход, для чего
на предприятиях и разрабатывается специальная программа по минимизации
рисков, связанных с посторонними предметами. Для реализации такой программы
необходимо разработать и придерживаться специальных процедур, а также
включать эти процедуры в систему управления безопасности на аэродроме. Такая
система позволяет и способствует организации в принятии различного рода
31
решений, положений и технологий касательно культуры безопасности на
территории аэродрома.
Еще одним важнейшим фактором в программе минимизации вреда от
посторонних
предметов
является
производственная
культура.
Под
производственной культурой понимается отношение работников и их образ
поведения на рабочем месте и вблизи него [13]. Через слаженную и отработанную
производственную культуру можно ясно определить зоны ответственности и
процедуры по борьбе с загрязнением площади аэродрома посторонними
предметами.
Другими словами, можно утверждать, что программа снижения рисков,
связанных с посторонними предметами подразумевает под собой некую
дорожную карту или систему специальных указаний авиационным организациям,
базирующимся на аэродроме по снижению количества присутствующих
посторонних предметов и минимизации последствий от них.
К сожалению, в нашей стране пока не предусмотрено подобных программ
на законодательном уровне, однако, в странах ЕС и США нормы и требования к
данным программам прописаны в авиационных законах, ответственными за
разработку которых назначаются государственные авиационные власти, такие как
NASA и FAA [13]. Кроме того, в некоторых организациях ведется работа над
разработкой и применением таких программ. К числу таких предприятий
относятся Bell Textron Helicopter, National Aerospace FOD Prevention Inc. и
Research and Technology Organization.
Для успешной реализации подобных программ по снижению рисков,
связанных с посторонними предметами, необходимо рассматривать и иметь в
виду следующие три основных аспекта:
−
определение зоны опасности, связанной с посторонними предметами;
−
ситуационная осведомленность в области посторонних предметов;
−
возможные действия по снижению рисков [13].
Одними из ключевых факторов в борьбе с посторонними предметами
32
является определение зоны опасности. Эта зона определяется на основе
предпринятых мер и рисков, связанных с посторонними предметами. Согласно
исследованию NASA, зоны опасности, связанные с посторонними предметами
должны основываться на сравнении двух факторов: вероятности и степени
серьезности последствий, как представлено на рисунке 12 [13].
Рисунок 12 – График концепции зоны опасности
В данной концепции под нечувствительной к посторонним предметам
зоной (Non-FOD Sensitive area) понимается та область на территории аэродрома,
где осуществляемая деятельность не приводит к образованию большого
количества посторонних предметов или же не приводит к их появлению вовсе.
Следовательно, в таких зонах контроль над наличием посторонних предметов
нецелесообразен.
Следующей зоной является зона осведомленности (Awareness area). В
данной зоне, несмотря на небольшую вероятность попадания постороннего
предмета в ВС, повреждения могут быть значительными, поэтому уровень риска в
данной области не может быть игнорирован. Зона осведомленности, в свою
очередь,
делится
на
непроизводственную
33
и
производственную.
В
непроизводственных областях аэродрома применение предупреждающих знаков
необязательно. В производственных же областях аэродрома необходимо
устанавливать заметный знак приблизительно следующего содержания: «FOD
AWARENESS AREA». Кроме того, в такой зоне все инструменты наземного
технического персонала должны быть помечены заметной краской и персонал
должен всегда придерживаться стратегии «убери за собой, затем иди по своим
делам» [13].
После зоны осведомленности идет зона контроля (Control area). В данной
зоне вероятность присутствия и степень возможного повреждения ВС достаточно
высоки. Такие зоны располагаются, как правило, в ремонтных ангарах для
самолетов, где также возможна и гонка двигателей. Такие зоны четко должны
быть обозначены красно-белыми сигнальными полосами, особенно напольная
область. Кроме того, такие области могут быть огорожены заградительными
стойками с красно-белой лентой. Философия «убери за собой, затем иди по своим
делам» обязательно должна присутствовать, а также весь персонал должен
использовать инструменты, которые предоставляет предприятие, а не свои
собственные. Инструменты персонала обязательно должны быть помечены.
Употреблять воду и пищу разрешается только в специально отведенных местах.
Еще одной особенностью данной зоны является то, что персонал, допущенный
работать в ней, должен пройти специальную подготовку в области защиты от
посторонних предметов и получит специальный сертификат. Без такого
сертификата доступ в данную зону запрещён. Обязательно ношение форменной
одежды, ношение украшений строго запрещено [13].
Самой ответственной зоной является критическая зона (Critical area).
Данная зона устанавливается на территории ремонта и сборки частей самолета, а
также ремонта двигателей. Зачастую в данной зоне существует большой риск
взаимодействия систем самолета с посторонними предметами, которые могут
вызвать существенную неисправность. В данной зоне присутствуют все
ограничения, присущие менее строгим зонам по отношению к посторонним
34
предметам. Кроме того, употребление пищи вблизи данной зоны строго
запрещено. Употребление жидкости ограничено употреблением простой воды.
Одной из основных мер безопасности в данной зоне является обязательное
закрытие всех открытых трубок, проводов и отверстий в деталях ВС с целью
недопущения попадания посторонних предметов в данные места. Входные и
выходные отверстия двигателей также должны быть закрыты, за исключением
времени непосредственных работ с данными элементами. При обнаружении
какого-либо утерянного инструмента или предмета все сотрудники обязаны
докладывать о факте ответственным лицам, и все подобные случаи подлежат
анализу и расследованию [13].
Ситуационная осведомленность в области опасных предметов. Успех
любой программы по снижению рисков в области посторонних предметов
основывается на уровне осведомленности персонала предприятия о данной
программе. Другими словами, первой ступенью в успешности реализации
программы является заметность ее наличия. Обычно осведомленность персонала
о программе и проблеме посторонних предметов появляется у персонала
постепенно. Средством осведомления обычно является активное рекламирование
проблемы через письменные уведомления и баннеры, напоминающие об
опасности посторонних предметов.
Баннеры,
используемые
для
оповещения
персонала
должны
соответствовать определённым требованиям. Они должны нести в себе понятное
и четкое сообщение, должны быть легко читаемы и понятны. Такие баннеры и
стикеры должны быть оригинальными для того, чтобы привлечь глаз человека и
повысить осведомленность персонала о программе.
Плакаты о посторонних предметах не должны быть одного размера и
формы, они должны быть не похожими друг на друга во избежание привыкания
персонала к ним. Такие плакаты целесообразно устанавливать и развешивать на
входах и выходах из ангаров и на территории зон с различной степенью риска.
Помимо визуальных средств осведомления персонала о проблеме
35
посторонних предметов, необходимо использовать и другие каналы донесения,
например, общение с персоналом и между сотрудниками о посторонних
предметах. Примером такого общения могут быть различные семинары и
конференции, посвященные проблеме, а также рассылка электронных писем с
соответствующим содержанием.
Мероприятия и действия, направленные на снижения риска повреждения
ВС посторонними предметами, являются неотъемлемой частью программы.
Руководящий состав предприятия должен назначать ответственных лиц, которые
будут вести контроль над проведением мероприятий по уменьшению рисков. В
обязанности данных лиц входит обеспечение осведомленности технического
персонала об опасностях, связанных с посторонними предметами. Процедуры по
снижению рисков должны охватывать все сферы авиационной деятельности.
Например, что касается сферы поддержания летной годности, все
инструменты, шайбы, болты, гайки, контровочные проволоки должны быть в
специально предназначенных для них ящиков, разброс данных предметов по
площади, на которой производятся работы недопустим. Поле проведения всех
технических работ, все запчасти и инструменты должны быть убраны по своим
местам. Для надлежащего контроля всех инструментов и ремонтных деталей
необходимо вести строгую отчетность по ним, а также использовать карты
контрольных проверок.
Наибольшее число посторонних предметов на территории аэродрома – это
принадлежности технического персонала, поэтому во избежание инцидентов,
связанных с повреждением ВС, также предметы должны быть своевременно
устранены с опасных зон [13]. Задача руководства аэродромов привлекать и
нанимать сотрудников, чья специализация заключается в нахождении и уборке
посторонних предметов. Вдобавок менеджерский состав аэродрома должен
предоставить специальные процедуры по проверке наземного технического
оборудования на предмет отсутствия деталей и частей, а также их целостности. В
местах погрузки и выгрузки багажа специальный персонал должен проводить
36
проверки на предмет наличия оставшихся посторонних предметов и при
необходимости устранять данные предметы.
Другим распространенным источником посторонних предметов на
аэродроме является бетонная и асфальтовая крошка с перрона и РД. По этой
причине руководство аэродрома должно вести постоянный контроль за
состоянием данных поверхностей и в случае необходимости проводить их
своевременный ремонт. Для оценки состояния покрытия выведен специальный
индекс состояния покрытия – PCI. При достижении некого порогового уровня,
ремонтные работы над покрытием должны быть проведены незамедлительно.
Кроме всего вышеперечисленного, аэродромы должны быть огорожены
заборами, чтобы задерживать проникновение посторонних предметов на летное
поле. Состояние таких заборов должно также контролироваться, все дыры и
повреждения своевременно ремонтироваться. Мусор, задержанный данными
заборами должен регулярно вывозиться во избежание попадание его на
территорию аэродрома [13].
2.2 Конструктивные меры для защиты от попадания посторонних
предметов в двигатели ВС
В данное время можно выделить несколько способов защиты двигателя
воздушных судов от негативного воздействия попадания посторонних предметов.
Эти методы можно разделить на следующие направления:
−
защита непосредственно воздухозаборника от попадания в него
посторонних предметов;
−
отфильтровывание
посторонних
предметов
на
входе
в
воздухозаборник;
−
производство двигателей, устойчивых к повреждениям при попадании
посторонних предметов [14].
В большинстве современных российских и зарубежных двигателей
применяются различные конструктивные особенности для защиты внутреннего
37
контура двухконтурного газотурбинного двигателя от влияния посторонних
предметов. Подобные меры применены на СУ производства Ralls-Royce, CFM,
IAE, а также «ОДК-Пермские моторы» и многих других производителей.
Таким
образом,
на
двигателе
ПС-90А
установлен
вращающийся
обтекатель с углом конусности 90°, что позволяет отбрасывать посторонние
предметы, такие как лед и бетонная крошка в сторону внешнего контура, где
присутствие данных посторонних предметов не представляют такой опасности
как во внутреннем контуре. Вращение обтекателя позволяет снизить нормальную
составляющую скорости соударения посторонних предметов с лопатками
компрессора. Кроме того, втулка рабочего колеса двигателя имеет крутой подъем
порядка 25°. Разделитель потока на данном двигателе расположен на достаточном
расстоянии от рабочего колеса [14].
Отделение посторонних предметов от воздушного потока, идущего во
внутренний контур, производится через кольцевую щель перепуска воздуха.
Канал воздуховода внутреннего контура спроектирован искривленным, также
применяется малый шаг решеток ВНА [14].
Кроме всего вышеперечисленного, отдельно стоит отметить ПОС
двигателя как еще одну конструктивную меру для предотвращения попадания
крупных кусков льда, поскольку, обогревая обечайку воздухозаборника, лед не
успевает нарастать до размеров и масс, способных повредить внутренние
элементы двигателя при попадании в него.
Для усиления резистентности двигателя к попаданию посторонних
предметов также активно применяют широкохордные лопатки вентилятора с
усиленной передней кромкой, устойчивой к столкновению с посторонними
предметами. Такие лопатки имеют более широкое и толстое корневое сечение, в
отличие от традиционных лопаток, что позволяет им не повреждаться при
взаимодействии с посторонними объектами и птицами. Наряду с этими
качествами, такие усиленные лопатки из-за расположения ближе к входу в
двигатель и центробежной силы позволяют отбрасывать посторонние предметы в
38
сторону внешнего контура.
При проведении исследований стало известно, что посторонние частицы,
таких
как
бетонная
крошка,
частицы
льда
или
песка,
в
основном
сконцентрированы в центре потока. После взаимодействия с обтекателем
двигателя поток вместе с частицами расширяется, смещается к верхней и нижним
кромкам воздуховода, затем ударяется о стенки внешнего контура и отражается
от них в сторону внутреннего контура. На рисунке 13 представлена траектория
движения потока с посторонними частицами на входе в двигатель и при
взаимодействии с первыми ступенями компрессора [14].
Рисунок 13 – Траектория движения посторонних частиц на входе в
воздухозаборник и в воздуховоде двигателя
Так, можно с достаточной степенью уверенности полагать, что при
наличии
короткого
воздухозаборника
обтекатель
и
усиленные
лопатки
вентилятора способствуют эффективному отделению посторонних предметов от
потока, идущего во внутренних контур.
Угол отклонения частицы после соударения со стенкой обтекателя зависит
39
от отношения диаметра частицы к толщине стенки обтекателя.
Также имеет место быть следующая закономерность. Угол конуса
обтекателя напрямую влияет на отражение посторонних предметов. Так, при угле
конуса в 118° основная часть посторонних частиц попадает в область больших
скоростей потока и малых толщин сечения лопаток, что способствует
повреждаемости последних. При угле конуса около 70° таких последствий не
наступает, что дает основание считать, что более предпочтительными в контексте
взаимодействия с посторонними предметами являются обтекатели с углом конуса
от 70 до 90 градусов [14].
В случае, если часть посторонних предметов все же попала в КВД,
предусмотрена инерционная сепарация посторонних предметов во внешний
контур через кольцевую щель перепуска. Использование ВНА с большим числом
лопаток (порядка 80) также позволяет защитить компрессор высокого давления.
2.3 Мероприятия по предотвращению образования вихревого шнура
Как было описано в первом разделе, одним из факторов, существенно
способствующих засасыванию посторонних предметов, является вихревой шнур
на
входе
в
повреждения
воздухозаборник.
двигателей
Поэтому,
посторонними
чтобы
уменьшить
предметами,
нужно
вероятность
уменьшить
вероятность появления вихря.
Как правило, вихрь образуется при небольшой скорости движения ВС или
при его стоянке с работающими на больших режимах двигателями. Данная
ситуация может произойти, например, при опробовании двигателя на стоянке или
при его отладке и гонке двигателя.
Для предотвращения образования такого вихря часто используется
специализированное
устройство,
представляющее
собой
металлическую
конструкцию в форме звезды. Данная конструкция состоит из множества пластин
высотой 0,07 диаметра воздухозаборника двигателя, и расходящихся под равными
углами из одного общего центра [14]. На рисунке 14 представлен внешний вид
40
такого устройства.
Рисунок 14 – Устройство для предотвращения образования вихря на входе
в воздухозаборник
Толщина пластин для большинства ВС не превышает 3 мм, а радиус
обычно составляет до 1 м, что совпадает с радиусом зоны вихреобразования.
Данная конструкция размещается на перроне под воздухозаборником двигателя,
ее центр должен совпадать с центром вихревого шнура [14].
2.4
Эксплуатационные
приемы
для
предотвращения
засасывания
двигателем посторонних предметов
В руководстве по летной эксплуатации различных типов самолетов, а
также в стандартных эксплуатационных процедурах обычно акцентируется
внимание на особенности эксплуатации двигателей на земле в части минимизации
риска попадания посторонних предметов в двигатель. Разработчики ВС и самих
двигателей определяют различные эксплуатационные ограничения, которые
способствую снижению риска повреждения двигателя посторонними предметами.
Для примера, в стандартных эксплуатационных процедурах ВС семейства
А320 строго указывается на то необходимость перевода реверса в положение
малого газа, когда ВС затормозится до 70 узлов на этапе пробега. В основном это
41
делается для предотвращения срыва потока с лопаток компрессора, однако,
данное действие также снижает риск попадания посторонних предметов,
поднятых потоком от реверса с поверхности ВПП [15]. Также в SOP указывается
на недопущение использования реверса при нахождении на РД, поскольку это
может привести к попаданию частичек песка и прочих посторонних предметов в
двигатель, что может оказаться фатальным для двигателя ВС и его систем. На
рисунке 15 представлен фрагмент стандартных эксплуатационных процедур ВС
семейства А320 одной из российских авиакомпаний.
Рисунок 15 – Фрагмент SOP ВС семейства А320
2.5 Меры по снижению риска столкновения ВС с птицами
Меры по борьбе со столкновением самолетов с птицами можно разделить
на две большие группы: мероприятия на земле и мероприятия в воздухе.
В основе мероприятий по борьбе с птицами на земле лежит определение
разновидностей птиц, обитающих вблизи аэродрома и причины и характер их
перелетов и миграций. Существует множество программ по оценке риска,
связанного с обитанием птиц в районе аэродрома. В зависимости от программы,
42
она учитывает вид птицы, их избыток и потенциал по повреждению конструкции
ВС. Методы, используемые в борьбе с птицами, включают в себя управление
населением птиц, снижение их популяции вплоть до уничтожения на
определённом аэродроме.
Что касается управления популяцией определенного вида птиц, то задача
сводится к ухудшению условий обитания для данного вида. Например,
достаточно эффективной мерой является изменение ландшафта окружающей
среды, ликвидация источников питания и влаги. Кроме того, лишения птиц их
места жительства также применяется. Управление популяцией птиц через
частичное изменение окружающей среды является основой в борьбе с проблемой
попадания птиц в ВС.
Под ликвидацией отдельных особей понимается не убийство, а лишь
поимка и вывоз птиц за пределы района аэродрома. Поимка птиц осуществляется
посредством специальных сеток. Кроме того, иногда возможно применение на
территории некоторых химических веществ, таких как антрахиноны или
метилантранилат [11].
Еще одним эффективным инструментов в борьбе с присутствием птиц на
территории аэродрома являются различные отпугивающие приспособления. К
таким приспособления относятся пиротехнические устройства, шумовые заряды,
пугало и отражающие шары. Эти устройства помогают отгонять прилетающих
особей. К методу отпугивания также относится использования других хищных
птиц и животных, а также дронов.
При поимке птиц сеткой важно впоследствии перевозить их в другое место
обитания на достаточном удалении, препятствующем возврат птиц на территорию
аэродрома.
Еще одним достаточно редким методом в борьбе с птицами является
отстреливание. Данный метод заключается в отстреливании отдельных особей,
для отпугивания других и демонстрации не благоприятности зоны аэродрома как
места для обитания. Эффективность данного метода до конца не изучена,
43
поскольку данный метод запрещен во многих странах мира [11].
Вышеописанные методы, применяемы на земле, жизненно необходимы
для контроля популяции птиц. Однако, такие наземные методы не дают
стопроцентной гарантии эффективности. Это связано с адаптацией некоторых
видов птиц к применяемым мерам, например, к отпугиванию. Кроме того, данные
методы эффективно применяются только вблизи аэродромов, однако, невозможно
обеспечит выполнение данных мер в широком радиусе, в то время как самолеты
могут летать на малой высоте в сравнительно большой удаленности от аэродрома.
Ко
второй
большой
группе
мероприятий
относятся
воздушные
мероприятия или мероприятия, связанные с непосредственной эксплуатацией ВС.
Как уже было сказано в первом разделе, основным способом уменьшить
вероятность столкновения ВС с птицей является повышение заметности борта для
птиц. Известно, что большинство птиц пытаются избежать столкновения с
самолетом, однако из-за большой скорости сближения, такой маневр уклонения
не всегда заканчивается успешно [11].
Значительное влияние на заметность самолета оказывает окраска его
фюзеляжа. Так, многочисленные исследования показывают, что яркие броские
цвета
фюзеляжа
способствуют
своевременному
обнаружению
птицами
воздушного судна и выполнению успешного маневра уклонения.
Для самолетов с воздушными винтами, эффект заметности может быть
достигнут посредством раскраски ВВ в яркие цвета [11].
Также известно, что эффективным средством для отпугивания птиц с ВС
является использование пульсирующих огней, однако для различных видов
пернатых длина волны излучаемого света различна. Так, при известном
преобладании определенного вида птиц в регионе, можно устанавливать
различное освещение на борт ВС для достижения наибольшей эффективности.
Обширное исследование на двух зарубежных авиакомпаниях показало
эффективность использования пульсирующего освещения на ВС. Такой тип
освещения не ограничивался лишь использованием стробов, применялось также
44
пульсация подсветки логотипа АК. Данная система освещения была установлена
на ВС американской авиакомпании Alaska Airlines. По результатам трехлетнего
срока эксплуатации такого освещения был сделан вывод о снижении количества
столкновений с птицами во флоте авиакомпании на 33,5 % [16].
Аналогичное исследование проводилось и в авиакомпании Qantas Airlines.
В результате применение подобной системы освещения количество столкновений
с птицами за два с половиной года уменьшилось на 66 % по сравнению с флотом,
не оборудованным таким освещением [17]. Таким образом, можно сделать вывод
об эффективности применения пульсирующего освещения как средство борьбы
со столкновениями с птицами.
2.6 Выводы по второму разделу
В данном разделе были подробно описаны методы, применяемые для
снижения
рисков,
связанных
с
посторонними
предметами.
В
разделе
представлены определенные мероприятия, целью которых является, так или
иначе, снижение вероятности попадания посторонних предметов и птиц в
двигатели и в воздушные суда в целом.
Первая глава данного раздела посвящена программе по снижению рисков,
связанных с посторонними предметами. Такие программы должны применяться
на любом аэродроме, а ключевым фактором в успешности применения таких
программ является строгое следование указаниям, представленным в них. В главе
описаны основные принципы, которым должны соответствовать программы по
снижению рисков, связанных с посторонними предметами. Также в главе
представлена система оценки областей на территории аэродрома с точки зрения
уровня риска попадания посторонних предметов в ВС и последствия от такого
попадания. Таким образом, всю территорию аэродрома можно разделить на
четыре зоны в зависимости от уровня присутствующего риска – это
нечувствительная к посторонним предметам зона, зона осведомления, зона
контроля и критическая зона.
45
Во второй главе данного раздела представлена информация о различных
конструктивных мерах для защиты двигателя воздушного судна от попадания
посторонних
предметов.
Так,
конструктивные
методы
для
борьбы
с
повреждениями от посторонних предметов можно свести к трём основным
направлениям: защита непосредственно воздухозаборника от попадания в него
посторонних предметов, отфильтровывание посторонних предметов на входе в
воздухозаборник и производство двигателей, устойчивых к повреждениям при
попадании посторонних предметов. Анализ вышеуказанных мер и методов
представлен на основе двигателя ПС-90А.
Третья глава раздела посвящена проблеме образования вихревого шнура
на входе в воздухозаборник и способам борьбы с ним. Здесь представлено
описание специального устройства, устанавливаемого под воздухозаборник
двигателя на земле и предназначенном для разрушения вихревого шнура.
В четвёртой главе приведены эксплуатационные приемы, которые могут и
должны использоваться при повседневных операциях для предотвращения
всяческого
риска
засасывания
посторонних
предметов
с
поверхности
маневренной площади аэродрома. Все эксплуатационные приемы разобраны на
основании FCOM самолетов семейства A320.
В заключительной части раздела представлены меры по борьбе с
попаданием птиц в двигатели ВС. Таким образом, существует два основных
направления для борьбы с птицами – это наземные и воздушные мероприятия.
Наибольший эффект достижим при применении всех методик в комплексе. В
главе подробно описаны способы и средства борьбы с популяцией птиц в районе
аэродрома, а также приведены результаты исследования о целесообразности
использования импульсного освещения борта ВС в целях повышения заметности
самолета для пернатых.
Стоит отметить, что ни одно из вышеперечисленных мероприятий не
способно дать стопроцентного результата, будь то борьба с посторонними
предметами или с птицами. Поэтому для наибольшей эффективности следует
46
применять все доступные средства. Также стоит отметить, что ключевым в любой
проблеме является повышение осознанности персонала и осведомленности о
существовании и серьёзности проблемы посторонних предметов и птиц.
47
3
Проблема столкновения ВС с птицами в контексте обеспечения
БП
Безопасность полетов определена ICAO как основной аспект выполнения
полетов гражданской авиации. Под безопасностью полетов понимается состояние,
при котором риски, связанные с авиационной деятельностью, относящейся к
эксплуатации ВС или непосредственно обеспечивающей такую эксплуатацию,
снижены до приемлемого уровня и контролируются [18].
В современных реалиях полное исчезновение авиационных происшествий
и инцидентов не представляется возможным из-за огромного количества
факторов, влияющих на состояние БП. Ни один пилот и ни одно ВС не могут
гарантировать стопроцентной безопасности и отсутствия рисков.
Проблема попадания посторонних предметов и птиц в двигатели ВС
является чрезвычайно актуальной, так как каждый год происходит, по меньшей
мере, одно авиационное происшествие с отказом двигателя по данной причине.
Отказ двигателя представляет большую угрозу для безопасности полетов,
поэтому подобные случаи тщательно анализируются, однако не все случаи
поддаются широкой огласки в СМИ, в результате чего может сложиться ложное
впечатление о маловероятности отказа СУ.
В данном разделе представлен анализ авиационного события, связанного с
попаданием птицы в двигатель ВС, что привело к самовыключению одного
двигателя. Указаны причины авиационного происшествия, заключение комиссии
по расследованию и рекомендации по предотвращению подобных случаев в
будущем.
Кроме того, в разделе проведена оценка по категории серьезности и
вероятности с учетом приемлемости уровня риска для БП.
3.1 Анализ авиационного события, связанного с попаданием птицы в
двигатель ВС ТУ-214 16.08.22 на аэродроме Чита
48
Рассмотрим авиационное событие, связанное с отказом одного двигателя
ВС ТУ-214 авиакомпании СЛО «Россия», в результате попадания птицы в
силовую установку ВС 16 августа 2022 года [19].
Обстоятельства авиационного события были следующими: на аэродроме
Чита (Кадала) при взлете с ВПП 29 после отрыва в процессе уборки шасси на ВС
сработала
сигнализация
о
помпаже
двигателя
№1
с
последующим
самовыключением. Экипажем было принято решение на выполнение визуального
захода на ВПП 29, посадка была произведена благополучно. Никто из членов
экипажа и находящихся в салоне не пострадал.
Итак, 16 августа 2022 года для выполнения рейса по маршруту Чита –
Внуково на самолете Ту-214 ФГБУ СЛО «Россия» был назначен летный экипаж
из трех пилотов и бортинженера.
Предполетная подготовка экипажа и воздушного судна была проведена в
полном объеме, взлетная масса и центровка не выходили за пределы
установленных ограничений.
Активное управление с левого рабочего места осуществлял пилотинструктор, контролирующее управление с правого рабочего места осуществлял
КВС, второй пилот занимал кресло пилота наблюдателя. Бортинженер выполнял
обязанности со своего рабочего места.
В 09:36:20 UTC экипаж вышел на связь с диспетчером пункта «Вышка»,
запросил и получил условия выхода. В 09:44:35 экипаж запросил и получил
разрешение на запуск двигателей.
В процессе радиообмена был согласован вопрос наземного сопровождения
ВС к месту старта [19].
Перед взлетом система ATIS отражала следующую информацию: ветер
210°, 2 м/с, видимость более 10 км, нет значимой для полетов облачности,
температура воздуха 21 °C. коэффициент сцепления 0.7. давление QFE 693 мм рт.
ст., в зоне взлета и посадки возможны птицы, прогноз на посадку – без
существенных изменений.
49
Таким образом, метеорологические условия, отмеченные в информации
ATIS, не препятствовали летной эксплуатации воздушного судна, при этом в
сетку сообщения была включена стандартная информация орнитологического
характера.
С учетом рассмотренного выше отмечается, что радиообмен экипаж –
диспетчер в период наземных операций перед взлетом ВС не отражает
реализацию экипажем и диспетчером «Вышка» требований ФАП-362 в части
необходимости
сообщения
пилотами
буквенного
индекса
прослушанной
информации ATIS.
В 09:50:15 экипаж доложил готовность занять предварительный старт и
получил информацию о маршруте руления за машиной сопровождения. Для
выполнения взлета экипажу была назначена ВПП 29.
В 09:54:41 экипаж доложил о занятии предварительного старта и получил
от диспетчера разрешение занять исполнительный старт. В 09:55:40 экипаж
запросил и получил разрешение на взлет.
В процессе разбега, когда приборная скорость составляла 257 км/ч,
произошел отрыв ВС от ВПП.
На 4 секунде после отрыва, на высоте 7 м и скорости 267 км/ч экипаж
услышал хлопок в районе 1-го двигателя (левого), после чего сработала
сигнализация «ДВ 1 Помпаж» с резким падением оборотов первого двигателя,
который продолжал работать, при этом двигатель №2 автоматически вышел на
чрезвычайный режим работы [19].
В дальнейшем режим работы 1-го двигателя восстановился, однако на
высоте
81 м
и
скорости
267 км/ч
произошло
повторное
срабатывание
сигнализации «ДВ 1 Помпаж» с резким падением оборотов первого двигателя.
Все это сопровождалось повторяющимися хлопками.
После этого в системе индикации отказов самолета отобразилась
сигнализация
«ДВ
1
не
работает»
самовыключением.
50
характеризуя
ситуацию
с
его
Бортовой инженер продублировал выключение двигателя закрытием стоп
крана и пожарного крана с последующим уменьшением режима работы двигателя
№ 2 [19].
Время работы второго двигателя на чрезвычайном режиме составило 22
секунды.
В
сложившейся
ситуации
экипажем
было
принято
решение
на
прекращение выполнения полетного задания и возвращении на аэродром вылета.
В 09:57:08 экипаж проинформировал диспетчера пункта «Вышка» о
проблеме с двигателем и о решении вернуться на аэродром вылета с заходом на
посадку на ВПП 29.
Диспетчер пункта «Вышка» перевел экипаж на работу с диспетчером
пункта «Подход» на частоте 122,0 МГц.
В 09:57:31. экипаж на частоте 122,0 МГц вышел на связь с диспетчером
пункта «Подход»: «Чита – Подход, Стэйт Аэро 752. Помпаж двигателя.
На что диспетчер ответил: Стэйт Аэро 752 Чита – Подход, вас понял,
выполняйте схему повторного захода, набирайте 1250 метров, заход ILS, полоса
29 разрешаю. Экипаж подтвердил разрешение на выполнения захода.
Как следует из радиосвязи экипажа, и на этот раз, тема о необходимости
занятия уровня 1250 м. в формате выполнения схемы захода по ИЛС осталась не
рассмотренной.
В это время на полосу 29 заходит ВС L410. В 09:59:52 экипаж данного ВС
доложил: «075, рубеж, 15800» [19].
Спланировав дальнейшие действия, диспетчер ДП «Подход», полагая, что
ВС L-410 успеет произвести посадку и освободить ВПП, пока аварийное ВС Ту214 будет выполнять схему захода на посадку по ILS, принял решение на выдачу
экипажу ВС L-410 разрешения на заход на посадку визуально.
В 09:59:56 диспетчер ДП «Подход» инициировал заход ВС L-410 на
посадку, сообщив экипажу: «67075, к 3-му, заход ПВП, ВПП 29 разрешаю, к 3-му
занимайте 400 метров» [19].
51
Экипаж L-410 ответил: «заход ПВП, ВПП 29 разрешили, к 3-му 400, 075».
По данным наземных СОК, высота полета ВС Ту-214 на этапе захода не
превышала значения 360 м., что по пояснению экипажа было связано со
значительной полетной массой из-за еще не выработанного топлива, при этом
тема невозможности занять требуемую высоту 1250 м для захода по схеме с
использованием системы ИЛС экипажем не поднималась [19].
Далее, как негативное реагирование на связь диспетчера с экипажем ВС L410, экипаж ВС Ту-214 выражает свое возмущение следующей фразой: «Какой
заход, у нас аварийная ситуация, ты кому там разрешаешь заходить?» На рисунке
16 представлена схема захода на посадку по ILS на полосу 29 в плане.
Рисунок 16 – Схема захода на посадку по ILS ВПП 29 в плане
52
По сути озвученного, следует отметить, что негативное реагирование
экипажа ВС Ту-214 на управляющие действия диспетчера имеет нормативно
обоснованное подтверждение, так как в ФАП 128 прописано о необходимости
предоставления немедленной посадки ВС, нуждающемуся в такой посадке.
Кроме того, в ФАП 293 прописано следующее: «при определении
очередности посадки органу ОВД следует исходить из необходимости
предоставления посадки воздушным судам:
−
выполняющим вынужденную (экстренную) посадку;
−
экипажи, которых сообщили, что предполагается выполнение посадки
по причинам, влияющими на безопасность полета данного воздушного судна
(отказ двигателя, минимальный запас топлива, ухудшение метеоусловий и
прочее).
В дальнейшем, как факт адекватного реагирования диспетчером пункта
ДП «Подход» на критическое замечание экипажа ВС Ту-214 по приведению
ситуации с обслуживанием воздушного движения в нормативно обоснованное
русло ВС L-410 было перенаправлено на согласованной высоте 800 м. в зону
ожидания над населенным пунктом Каштак, а экипажу ВС Ту-214 был обеспечен
первоочередной, взаимно согласованный в процессе последующего радиообмена
визуальный заход на посадку на ВПП 29. Экипажем воздушного судна Ту-214
была изменена заявленная диспетчером схема захода по ILS на визуальный заход
на посадку на ВПП29 [19].
В 10:03 воздушное судно Ту-214 произвело благополучную посадку на
ВПП 29, после чего заруливание на стоянку было выполнено экипажем
самостоятельно на одном работающем двигателе.
На послеполетном осмотре было обнаружено повреждение лопаток
вентилятора двигателя №1 со следами останков птицы во входном устройстве, о
чем была сделана запись в бортовом журнале.
После проведения мероприятий по сбору и обработке в рамках
расследования необходимой информации, воздушное судно было передано
53
эксплуатанту для решения вопроса о его дальнейшей эксплуатации.
Инженерно-технический
персонал
эксплуатанта
с
привлечением
представителя Казанского авиационного завода имени С.П. Горбунова выполнил
работы по приведению ВС в состояние лётной годности.
17.08.2022 направлен запрос в АО ОДК «Пермские моторы» для
получения рекомендаций по устранению указанных повреждений.
Выполнен осмотр газовоздушного тракта КНД, КВД, КС и ТВД двигателя
ПС-90А в соответствии с требованиями технической документации.
18 августа 2022 года получено письмо от ОДК «Пермские моторы», в
котором дается разрешение на зачистку повреждённых лопаток вентилятора.
После чего была выполнена зачистка 13 повреждений на входной кромке
десяти лопаток рабочего колеса двигателя ПС-90А. Выполнен контроль лопаток
рабочего колеса двигателя ПС-90А методом цветной дефектоскопии после
зачистки. Замечаний нет. Выполнена процедура опробования двигателя, в ходе
которой замечаний обнаружено не было [19].
Таким образом, после проведения работ по обслуживанию и устранению
неисправностей, воздушное судно было допущено для перелета на аэродром
базирования Внуково с последующим отстранением от эксплуатации.
Для определения видовой принадлежности птицы, фрагменты бионта были
направлены для исследования в Институт проблем экологии и эволюции им А.Н.
Северцова РАН.
Согласно заключению по биологическому материалу птицы, как объекта
столкновения
с
ВС
определено,
что
исследованные
фрагменты
тканей
принадлежат обыкновенной сороке, которая принадлежит к роду Pica семейства
Врановых.
В Забайкальском крае распространена восточносибирская сорока которая
является наиболее крупным подвидом среди европейско-сибирских подвидов.
Длина крыла взрослой особи может достигать 20-22 см, длина тела 4448 см, масса тела варьируется от 160 до 200 грамм, что соответствует категории
54
В2.
Вместе с этим, отмечается, что в рамках реализации требований
Инструкции по орнитологическому обеспечению аэродрома Чита (Кадала), с 15
июня по 26 августа на аэродроме проводились плановые мероприятия по выкосу
травы на прилегающей к ВПП территории. В этой связи в данный период
упомянутые работы могли способствовать привлечению птиц на поиск
насекомых, которые являются их главной кормовой базой в это время года [19].
Таким образом, комиссия по расследованию пришла к следующему
выводу. Причиной самопроизвольного выключения левого двигателя на этапе
взлета, явилось нарушение его газодинамической устойчивости или помпаж
двигателя после попадания птицы (восточносибирской сороки) во входное
устройство. В результате столкновения имело место локальное повреждение
нескольких
лопаток
рабочего
колеса
вентилятора.
Данное
событие
классифицируется комиссией как авиационный инцидент.
3.2 Выводы по третьему разделу
Данный раздел посвящен анализу безопасности полетов. Поскольку
столкновение ВС с птицами является довольно распространённым событием, все
такие случаи необходимо подвергать тщательному анализу.
В данном разделе был представлен анализ авиационного события,
связанного с отказом двигателя в результате попадания в него восточносибирской
сороки. В разделе указаны факторы, способствующие увеличенной вероятности
попадания птицы в двигатель ВС. Кроме того, в данном событии произошло
выключение двигателя ПС-90А, особенности которого были изложены во втором
разделе. Таким образом, даже существующие конструктивные меры по защите
двигателя от посторонних предметов не могут работать на сто процентов.
Из данного анализа можно сделать вывод о том, что проблема попадания
посторонних предметов и в частности птиц в двигатели ВС не может быть
полностью решена. Однако, несмотря на это, необходимо комплексно подходить
55
к решению данной задачи, поскольку такой подход существенно снизит
вероятность подобных событий.
При анализе авиационного события был использован официальный отчет,
благодаря чему стало возможно восстановить четкую хронологию действий
пилотов и диспетчеров. Также из данных источников были взяты причины
авиационных событий.
56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тематика данной ВКР была выбрана не случайно. Дело в том, что в
Российской Федерации до сих пор нет установленной на законодательном уровне
программы, которая была бы направлена на предотвращение авиационных
инцидентов, связанных с посторонними предметами (справедливости ради, стоит
отметить, что подобная программа по снижению риска столкновения с птицами
существует).
Также, немаловажным является тот факт, что многочисленные события,
связанные с попаданиями посторонних предметов в двигатели ВС зачастую не
поддаются широкой огласке, а в некоторых случаях и вовсе умалчиваются. Так,
летом 2022 года в одной из Российских АК произошло авиационное событие,
причиной которого, согласно отчету, стало попадание птицы в воздухозаборник
двигателя во время отрыва при взлете из аэропорта Екатеринбурга (Кольцово).
Однако, в отчете отсутствуют достоверные доказательства попадания птицы в
двигатель. Например, нигде на месте происшествия или на части двигателя или
ВС не было обнаружено каких-либо останков птицы. В то же время характер
повреждений напрямую указывает на попадание металлического предмета в
вентилятор двигателя.
Помимо этого, в данной авиакомпании за 8 месяцев 2022 года было
зафиксировано 4 реальных случая столкновения с птицами, которые подверглись
тщательному анализу.
Оба вышеперечисленных тезиса свидетельствуют о том, что данные
проблемы, а именно, посторонние предметы и птицы нельзя оставлять без
внимания.
Изначально целью данной дипломной работы был поиск наиболее
эффективных методов предотвращения попадания посторонних предметов и птиц
в авиадвигатели. Однако, в ходе написания работы был сделан вывод о
нецелесообразности поиска именно наиболее эффективного метода. Это связано с
57
тем, что по отдельности ни один из упомянутых в данной работе метод не
способен решить проблемы попадания посторонних предметов и птиц в
двигатели ВС в нужной степени. Таким образом, для достижения наибольшего
эффекта в защите ВС от посторонних необходимо использовать все возможные
методы комплексно и в совокупности. Обязательным шагом к снижению
вероятности попадания посторонних предметов в авиадвигатели является
введение на авиапредприятиях и аэродромах, в частности, программы снижения
рисков, связанных с посторонними предметами. Кроме того, необходимо
вырабатывать культуру очистки рабочего места от посторонних предметов среди
всего персонала, как технической службы, так и всех сотрудников, так или иначе,
задействованных в авиационной отрасли.
Что же касается проблемы попадания птиц в двигатели ВС, то здесь
ситуация
аналогична.
Невозможно
придумать
метод,
который
был
бы
эффективным в любых условиях. Поэтому чрезвычайно важно применять все
доступные методы и средства в совокупности – и наземные, и воздушные.
Стоит
также
отдельно
выделить
методику
отпугивания
птиц,
представленную во втором разделе. Метол заключается в установке на ВС
импульсного освещения фюзеляжа самолета. Как показали исследования,
применения данной системы способно уменьшить количество столкновений с
птицами до 60 %.
Помимо всего вышеперечисленного, стоит отметить, что в современной
ГА в России нет в достаточной мере проработанных программ по снижению
риска в области попадания посторонних предметов в двигатели ВС, а
существующие программы по снижению рисков, связанных с орнитологической
опасностью, не всегда соблюдаются эксплантатами аэродромов, как хорошо
видно из третьего раздела.
В заключение, стоит подчеркнуть, что проблема попадания ПП и птиц в
двигатели ВС многоаспектна и требует особого внимания и комплексного
подхода.
58
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.
ИКАО,
сообщение
для
прессы.
https://www.icao.int/Newsroom/NewsDoc2021fix/COM.02.21.RU.pdf/.
URL:
Режим
доступа – свободный. Дата обращения: 22.11.2022.
2.
Федеральное
агентство
воздушного
транспорта,
https://favt.gov.ru/dejatelnost-bezopasnost-poletov-stolknoveniya-ptici/.
URL:
Режим
доступа – свободный. Дата обращения: 22.11.2022.
3.
Federal
aviation
administration
website,
URL:
https://www.faa.gov/airports/airport_safety/wildlife/faq. Режим доступа – свободный.
Дата обращения: 22.11.2022.
4.
Федеральное
агентство
воздушного
транспорта,
URL:
https://favt.gov.ru/dejatelnost-bezopasnost-poletov-stolknoveniya-ptici-stat/.
Режим
доступа – свободный. Дата обращения: 22.11.2022.
5. Airport Foreign Object Debris (FOD) Management (U.S Department of
Transport): AC 150/5210-24. – FAA, 2010
6. ATSB Transport Safety Report (Australian Transport Safety Bureau 2010).
7. Ruschau J. J., Nicholas T. and Thompson S.R. Influence of foreign object
damage (FOD) on the fatigue life of simulated TI-6AL-4V airfoils / J Ruschau, T.
Nicholas, S. Thompson // International Journal of Impact Engineering. – 2001. – Vol.
35, № 3. – P. 233-250.
8. Iain M. The Economic Cost of FOD to Airlines / M. Iain. – London : Insight
Sri Ltd, 2008. – 13 p.
9. Kraus D.C., Watson J. Guidelines for the Prevention and Elimination of
Foreign Object Damage/Debris (FOD) in the Aviation Maintenance Environment
through Improved Human Performance (Federal Aviation Administration) / D. Kraus, J.
Watson. – Washington : FAA, 2001 – 42 p.
10. А.Г. Киренчев, Н.В. Даниленко. Особенности рабочего процесса
вихрей газотурбинных силовых установок / А.Г. Киренчев, Н.В. Даниленко //
59
Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. – № 55. – ПНИПУ, 2018.
11. Isabel C., Ellerbroek J. The Bird Strike Challenge / C. Isabel, J. Ellerbroek.
– Amsterdam : Aerospace, 2020 – 20 p.
12. Maragakis I. Bird Population Trends and Their Impact on Aviation Safety /
I. Maragakis. – Latvia : EASA, 2009 – 46 p.
13. Hussin R., Ismail N. and Mustapa S. A study of foreign object damage
(FOD) and prevention method at the airport and aircraft maintenance area / R. Hussin,
N. Ismail, S. Mustapa. – Malaysia : IOP Publishing, 2016 – 10 p.
14.
Защита
от
попадания
посторонних
предметов.
URL:
https://studfile.net/preview/2213011/. – Загл. с экрана/. Режим доступа – свободный.
Дата обращения: 17.12.2022.
15. Airbus A-319/320/321: flight crew operating manual – Введ. 30.08.2021.
Airbus, 2021.
16.
Precise
Flight.
The
Bird
Strike
Story.
URL:
https://www.preciseflight.com/aviation-birdstrikes solutions/. – Загл. с экрана/. Режим
доступа – свободный. Дата обращения: 01.12.2022.
17. Evaluating the Operational Use of the Pulselite Landing Light System in the
Australasian
Airline
Environment.
URL:
https://drive.google.com/file/d/0Bz896FpqkY4aUlgzenozanhNWjA/view?usp=sharing.
– Загл. с экрана/. Режим доступа – свободный. Дата обращения: 16.12.2022.
18. Зубков Б. В. Безопасность полетов : учеб. / Б. В. Зубков, С. Е.
Прозоров; под ред. Б. В. Зубкова. – Ульяновск : УВАУ ГА(И), 2013. – 451 с.
19. Отчет по результатам расследования авиационного инцидента с
самолетом Ту-214 RA-64531 ФГБУ «СЛО «Россия», произошедшего 18.08.2022 г.
в аэропорте Чита (Кадала), утвержденный начальником МТУ Росавиации
01.11.2022 г.
60