Почему двигатели самолетов не глохнут во время дождя?

Вода не поддерживает горение - это всем известный факт. Однако перед двигателями самолетов вы никогда не увидите какой-либо фильтр, который бы препятствовал попаданию воды внутрь, так почему же они не глохнут во время дождя?

Если двигатель автомобиля защищает от дождевой воды специальная конструкция воздухозаборника, то установить нечто подобное перед авиационным двигателем не представляется возможным. Более того, даже поставить сетки для защиты от птиц перед двигателями невозможно в силу некоторых причин (ссылку на соответствующий материал см. в конце статьи).

Типичный реактивный двигатель пропускает сквозь себя до 1000 кубических метров воздуха каждую секунду. Согласно приблизительным подсчетам, во время дождя в 1 м³ воздуха в среднем содержится чуть менее 1 см³ воды, что не так много, как может показаться оказавшемуся под ливнем человеку. Но это объясняется тем, что капли воды падают на землю со скоростью 9 м/с, то есть во время дождя каждую секунду на квадратный метр земли падает вода, содержащаяся в 9 м³ воздуха над ней.

Из расчетов выше следует, что в двигатель авиалайнера, оказавшегося под дождем, каждую секунду поступает ~ 1 литр воды. Этот объем не способен нанести никакого вреда, так как во время обязательных испытаний двигателей проверяется их способность "переваривать" до 4.5 тонн воды в в минуту, или 75 литров в секунду. Во время этого теста двигатель не должен повреждаться или прекращать работу, но как это возможно?

Во-первых, далеко не весь поток воздуха, захватываемый лопастями турбовентиляторного двигателя, направляется в камеры сгорания. Типичная степень двухконтурности в случае пассажирских авиалайнеров составляет 10 к 1. Это означает, что 10/11, или 91% поступающего в двигатель воздуха направляется не в камеры сгорания, а в сквозной внешний контур, который используется для увеличения общей тяги двигателя.

При этом во время дождя вентилятор выступает в роли большой центрифуги. И так как вода тяжелее воздуха, то под действием центробежной силы она направляется преимущественно во внешний контур, где никакого сгорания не происходит.

Во-вторых, перед тем, как попасть в камеру сгорания авиационного двигателя, воздух (вместе с незначительным количеством оставшейся воды) проходит через компрессор. Там при возрастающем давлении воздух нагревается до температур около 260°C. Испарение воды в этом процессе не способно повлечь столь существенное охлаждение, которое бы препятствовало дальнейшей работе двигателя.

В некоторых случаях охлаждение водой может быть даже полезным, поэтому оно использовалось в том числе и в гражданской авиации. Например, ранние версии Boeing 707 и 747 оснащались двигателями Pratt & Whitney, в которых применялся впрыск воды. Дополнительное охлаждение позволяло двигателям развивать бóльшую тягу, что было необходимо во время взлета. Позднее, по мере роста мощности авиационных двигателей, от впрыска воды отказались за ненадобностью.

Если вода в случае дождя не создаёт угрозы для самолёта, то ситуация сильно меняется, когда вода замерзает, превращаясь в град. Он способен не только повредить фюзеляж и стекла в кабине пилотов, но и полностью вывести двигатели из строя. К счастью, это явление довольно редкое, и пилоты (почти всегда) успешно его избегают, пользуясь данными метеорологических радаров.

О том, почему невозможно установить сетку для защиты двигателей от птиц - см. тут.