Конвертопланам Osprey доработали воздухозаборники

Новые воздухозаборники стали двойными и получили фильтры 7 Октябрь 2016, 15:54
Консорциум американских компаний Bell-Boeing разработал новую систему фильтрации для воздухозаборников двигателей конвертоплана V-22 Osprey. Как пишет Aviation Week, новый фильтр позволит конвертопланам совершать посадки в пылевых условиях, например, в пустыне, когда воздушные потоки от винтов при снижении поднимают в воздух много песка.

Системы фильтрации воздуха являются слабым местом двигателей AE1107C, разработанных британской компанией Roll-Royce для Osprey. Они способны отделять из воздушного потока относительно крупные частицы (камешки, песок), но пропускают мельчайшую пыль. В результате при посадке Osprey на грунт двигатели конвертоплана быстро забиваются пылью и либо теряют мощность, либо вовсе отказывают.

Это происходит из-за того, что мелкая пыль постепенно оседает на лопатках турбины и спекается в стеклянную корку. Это приводит к тому, что турбина теряет свою эффективность, а следовательно перестают работать эффективно другие связанные с ней агрегаты, в первую очередь — компрессор.

Система фильтрации AE1107C представляет собой полупассивный отделитель частиц с отсекающей дверцей на гидравлическом приводе. Такая система является немного изогнутым воздуховодом, на изгибе которого выполнена отводящая щель. Принцип работы системы основан на инерционном отсеивании частиц — воздушный поток, повинуясь изгибу, уходит в двигатель, а пылевые частицы по инерции вылетают в щель.
Схема пассивного отделителя частиц European Patent 1,908,939
На режимах взлета и посадки специальный гидравлический привод выдвигает из боковой стенки отсекающую дверцу. Ее задача — изменять кривизну воздуховода, а также отражать проскочившие крупные частицы в щель, предназначенную для выброса пыли и песка. Из-за просчета в конструкции гидравлический привод дверцы иногда течет. Кроме того, крупные частицы могут рикошетить от дверцы и залетать в движок.

Новая система фильтрации построена на принципе перенаправления воздушных потоков. Она представляет собой двойной воздуховод, один из которых имеет конструкцию, аналогичную старой системе. Во второй канал воздуховода встроены четыре воздушных фильтра нулевого сопротивления. На входе установлена специальная дверца, приводимая электромотором. Она переводит потоки между каналами.

Во время взлета и посадки дверца перекрывает «прямой» воздуховод, перенаправляя воздушный поток в тот канал, где установлены воздушные фильтры. Там крупные частицы по инерции выбрасываются в щель, как в полупассивном отделителе, а мелкие удерживаются фильтрами. При переходе в самолетный режим, когда двигателям необходим максимальный приток воздуха, дверца перенаправляет поток в «прямой» канал.

Новая система фильтрации также получила контрольные датчики, которые замеряют давление воздушного потока не входе в воздуховод с фильтрами и на выходе из него. В случае, если давление на выходе оказывается существенно меньше, чем на входе, автоматика переключит дверцу, перенаправив воздушный поток в канал без фильтров.

По данным консорциума, серьезной переделки двигателей и мотогондол V-22 для установки новой системы фильтрации не потребуется. Предварительные испытания системы уже состоялись. Ее проверяли на левом двигателе конвертоплана Osprey на песчаных взлетно-посадочных полосах авиабазы «Киртлэнд» в Нью-Мексико.
Двигатель AE1107C конвертоплана Osprey с открытыми капотами airforceworld.com
Систему также проверили на базе ВВС США «Эглин», расположенной на побережье во Флориде. Там разработчики проверяли, насколько эффективно новая система способна удерживать соленую водяную пыль, довольно быстро вызывающую коррозию компрессорной зоны двигателей. Испытания признаны успешными.

Согласно действующему графику, испытания новой системы фильтрации в 2017 году будут проводить военные. Если результаты их удовлетворят, то уже в конце будущего года первые комплекты системы могут быть установлены на строевые машины. Весь парк конвертопланов Osprey планируется переоборудовать до конца 2021 года.

Аварии и катастрофы, вызванные отказом двигателей Osprey в условиях запыленности, происходят относительно часто. Последний такой случай произошел 17 мая 2015 года на тренировочном полигоне Морской пехоты США «Беллоуз» на Гавайях. Конвертоплан упал при посадке, два человека погибли, 20 — получили ранения. Военные классифицировали инцидент, как жесткую посадку.

Экипаж MV-22 пытался посадить конвертоплан с двух попыток. Во время первой попытки аппарат провисел над землей, поднимая песок и пыль, 35 секунд. Затем он набрал высоту, а потом снова опустился для второй попытки посадки. Во второй раз конвертоплан провисел 45 секунд, после чего у него отказал левый двигатель. После расследования военные запретили Osprey зависать вблизи поверхности дольше, чем на 35 секунд.

Конвертопланы отличаются от обычных вертолетов повышенным пылеобразованием. Если во время посадки вертолета воздушный поток несущего винта в нормальных условиях поднимает песок и пыль и отбрасывает от фюзеляжа, то у конвертоплана заброс происходит и под фюзеляж. Оттуда воздушный поток с песком и пылью вытягивается винтами вверх, после чего засасывается в двигатели.
Сегодня существуют три основные системы фильтрации для двигателей винтокрылых летательных аппаратов. Помимо пассивных отделителей частиц используются вихревые трубы и барьерные фильтры с нулевым сопротивлением. Вихревые трубы отчасти похожи на пассивные отделители в том плане, что тоже имеют щели для выброса частиц.

Вихревая труба в самом простом исполнении представляет собой круглый в сечении канал, в котором установлены металлические спирали. Воздушный поток, проходя по этим спиралям, закручивается и заставляет посторонние частицы под действием центробежной силы отлетать к стенкам. В зоне компрессора воздушный поток затягивается в двигатель, а частицы вдоль стенки попадают в щель и выбрасываются наружу.

Барьерные фильтры представляют собой каркас, внутри которого размещен тот или иной фильтрующий материал, через который воздушный поток проходит практически без потери скорости, а посторонние частицы застревают. Такие фильтры требуют регулярной замены, а их загрязнение приводит к постепенному снижению эффективности системы воздухозабора.
Схема системы фильтрации двигателя вертолета UH-60 Blackhawk researchgate.net
Каждая из трех систем фильтрации редко применяется сама по себе. Обычно они сочетаются друг с другом. Например, на многоцелевых вертолетах UH-60 Blackhawk система фильтрации двойная: сперва воздушный поток проходит пассивный отделитель, где очищается от крупных посторонних частиц, а затем — систему барьерных фильтров.