Помпаж двигателя самолета: что это, почему происходит и чем грозит?

Такой термин, как "помпаж двигателя", слышали многие, но мало кто до конца понимает суть этого явления. Между тем этот термин начали применять по отношению к реактивным двигателям самолетов ещё в середине 1940-х годов, и он не утратил актуальность до сих пор. В этой статье предлагаю разобраться с "природой" помпажа, его причинами и последствиями.

Что такое помпаж двигателя?

Помпаж (фр. pompage — колебания, пульсация) происходит за доли секунды. Начинается он со срыва потока воздуха в компрессоре, из-за которого между его лопастями возникают завихрения, приводящие к полному прекращению прохождения воздуха через компрессор. То есть воздух в компрессоре вместо движения вперед по прямой в направлении камеры сгорания начинает двигаться по окружности между лопастями.

Так как воздух не может пройти и "застревает", то давление возрастает и в какой-то момент компрессор уже не может продолжать работу. В момент остановки компрессора происходит резкое вытеснение ранее сжатого воздуха. Часть воздуха выходит через впуск, а другая часть врывается в камеру сгорания.

Так как ранее из-за нарушения работы компрессора воздух в камеру сгорания не поступал в нужном объеме, то соотношение керосина и кислорода в рабочей смеси было нарушено, и горение прекратилось. Однако керосин продолжал поступать и накопился в камере сгорания. Когда воздух резко попадает в неё, там образуется так называемая "богатая смесь". В силу избыточно высокого содержания керосина часть смеси догорает уже на выходе из двигателя, отсюда и эти яркие вспышки, вырывающиеся из сопла.

Почему это происходит?

Нарушение потока воздуха в компрессоре чаще всего спровоцировано:

• попаданием в воздухозаборник посторонних предметов, таких как птица, град или какой-либо мусор с поверхности взлетно-посадочной полосы;
• эксплуатацией самолета вне пределов его проектных возможностей. Например, полет на чрезмерной высоте или полет в условиях, когда на воздухозаборнике или в компрессоре может образоваться лед;
• сбоем в работе автоматики силовой установки. Подобное происходило с Су-57 на выставке МАКС-2011, после чего этот истребитель прозвали "Горынычем";
• сильным боковым ветром при запуске двигателя на аэродроме (этим славились ранние модели двигателей JT9D, которые устанавливали на Boeing 747-100);
• низким атмосферным давлением при высокой температуре воздуха, такое встречается в горах в летнее время. Этому эффекту подвержен, например, турбовинтовой двигатель АИ-24, который устанавливается на самолеты Ан-24, Ан-26 и Ан-30.

Чем это грозит?

Последствия помпажа зависят от того, чем он вызван. Помпаж может быть "разовой акцией", а может и зациклиться. К примеру, попадание птицы может сильно повредить лопатки компрессора, и такое изменение аэродинамического профиля будет приводить к постоянному помпажу. Он будет сопровождаться громкими хлопками, повышением температуры внутри двигателя и сильной вибрацией.

Такое воздействие способно быстро разрушить двигатель, так что времени на реагирование у пилотов обычно немного. Кроме того, самолет будет рыскать в сторону "проблемного" двигателя. Сначала пилоты плавно понижают тягу двигателя до минимума. Если этого не помогло и помпаж не прекратился, то двигатель отключают.

В простых случаях не требуется даже вмешательство пилотов — выручает современная противопомпажная автоматика, которая может на доли секунды снижать или прекращать подачу топлива, поворачивать лопатки регулируемого направляющего аппарата (РНА) для изменения угла натекания воздуха и т.д.

Потеря одного из двигателей в результате помпажа в наше время редко представляет большую угрозу для самолета. Помпаж сразу всех двигателей — явление крайне редкое. Один из таких случаев произошел в декабре 1991 года и известен как "Чудо в Готтрере". Тогда в оба двигателя самолета Douglas MD-81 попали куски льда, которые и вызвали помпаж. Лед изначально был на крыльях, которые по какой-то причине не почистили в аэропорту. Самолет приземлился на опушку скандинавского леса, фюзелаж разломился на 3 части, но по счастью выжили все, кто находился на борту.