В эти дни в небе Израиля пролетает много самолетов – и гражданских авиакомпаний, наконец-то вернувшихся к нам, и военных, которые до сих пор борются с врагом. Большинство из них работают на реактивных двигателях. Задумывались ли вы когда-нибудь, как дождь влияет на них? Может ли буря заглушить работу двигателя? Давайте разберемся.
Человечество имеет большой опыт зимних полетов. 17 сентября 1908 года Орвилл Райт демонстрировал двухместный самолет в Вирджинии, когда вдруг пошел дождь. Двигатель вышел из строя, пилот получил травмы; это было первой авиакатастрофой в мире.
Первым человеком, сознательно пролетевшим сквозь шторм и с любовью вспоминавшим это событие, был французский авиационный новатор Луи Блерио, который пересек Ла-Манш 25 июля 1909 года. Когда он прибыл в Дувр в Англии, местная погода была весьма бурной.
Но это были двигатели старого типа, а как насчет современных самолетов?
У каждого двигателя разные потребности в воздухе - в зависимости от его размера, производительности и самолета, который он должен перемещать. Возьмем, к примеру, CFM56, приводящий в движение Airbus A320, на котором совершают короткие рейсы в Европу. Во время полета он всасывает 29,17 куб. м воздуха каждую секунду; при этом воды в него попадает его чуть меньше полутора литров. Это соответствует шести бокалам пива, если бармен не переборщил с пеной.
Сравним это с мощным двигателем GE90, который доставляет Boeing 777 в такие далекие места, как США. Он потребляет 3375 кубических метров воздуха в секунду. В этом объеме содержится около 170 литров воды. В пересчете на банки с напитками это представляет собой товарные запасы двух израильских киосков в секунду.
Причиной различия в потреблении воздуха с двигателем Airbus являются размер и мощность GE90. Это самый мощный реактивный двигатель в мире – два таких способны перемещать 300-тонный самолет со скоростью 900 километров в час в течение 12 часов.
А как насчет самолетов ВВС? Возьмем F-16, рабочую лошадку ЦАХАЛа, чья местная модель F-16I недавно отметила двадцатилетие эксплуатации: его двигатель F100 имеет намного меньшее поперечное сечение, чем двигатели Boeing и Airbus, но он работает при большом давлении и втягивает 500 кубометров воздуха в секунду. По содержанию в нем воды во время дождя это соответствует объему ванны джакузи в циммере.
Несмотря на относительно небольшую долю жидкостей во всем воздухе, перекачиваемом реактивными двигателями, трудно игнорировать их абсолютное количество, и, как мы знаем, самолеты, которые доставляют нас за границу или знакомят врага с новыми авиабомбами, не предназначены для плавания по морям. Если двигатель достигает точки насыщения, он может заглохнуть, что создает проблемы на самой малой высоте – во время взлета и посадки.
Но фактический риск равен нулю: вышеупомянутые данные о заборе воздуха относятся к крейсерской фазе, самой длинной части каждого полета – и обычно в таком режиме летают пассажирские самолеты, находящиеся над облаками. И это правильно: воздух на высоте 35.000 футов (10.668 м) очень разреженный, оказывает меньшее сопротивление и позволяет экономить топливо – а это самая большая статья расходов для всех авиакомпаний.
Бывают грозы и на таких высотах, но авиаторы знают, как идентифицировать и обойти их с помощью специального радара и предварительного планирования полета, которое опирается на модели метеорологического прогнозирования.
Как правило, летные экипажи стараются по возможности избегать прохождения через сформированные облака, хотя причина не в боязни воды, влияющей на двигатель. Грозы создают оптимальные условия для образования воздушных ям, создающих проблемы пассажирам, вплоть до получения ими травм.
Но бывает, что погода преподносит неприятные сюрпризы, и облака обойти невозможно. Подъем на высоту крейсерского полета характеризуется очень напряженной работой двигателя, а воздухозаборник работает в усиленном режиме. Самолеты, пробираясь сквозь дождевую тучу, интенсивно поглощают ее водное содержимое.
Но это все же не повод для беспокойства, и чтобы понять, почему, давайте посмотрим, что происходит с каплей воды, с которой Boeing 777 сталкивается в воздухе. Она будет всасываться через огромный вентилятор спереди, и вращение прижмет ее к стенкам двигателя из-за центробежной силы. Всасывание происходит с большой мощностью, и эта капля быстро испарится.
В камере сгорания вряд ли она вообще окажется: в современных реактивных двигателях пассажирских самолетов большая часть всасываемого воздуха туда никак не попадает. Лишь небольшая часть проходит через компрессоры в зону горения и превращается в горячую струю – остальное просто всасывается и ускоряется, проходя вокруг камеры, а не внутри нее, и присоединяется к струе, выходящей сзади.
Таким образом, несмотря на то, что в двигатель закачивается огромное количество воздуха с жидкостью, очень небольшое количество воды достигнет места, где происходит сгорание. И даже если бы водяные пары засасывались в камеру сгорания, они не смогли бы произвести негативный эффект – и даже принесли бы пользу. Если двигатель выбрасывает газ с несколько увеличенной за счет содержания воды массой, мы получаем немного большую тягу.
В истребителях это работает немного иначе, ибо доля воздуха, который проходит через камеру сгорания, гораздо больше, но горение происходит с такой интенсивностью и под таким давлением, что это нейтрализует присутствие воды в воздухе.
Все-таки речь идет о самолетах, а не подводных лодках, и для каждого реактивного двигателя есть точка насыщения водой, при достижении которой он может заглохнуть – поэтому каждая новая модель будет испытываться длительным воздействием мощного потока воды, для проверки ее устойчивости перед погодными условиями.
Производительность двигателя при этом затоплении поможет определить максимальное время, в течение которого будет разрешено безопасно работать в условиях дождя. Регуляторы в сфере гражданской авиации устанавливают максимальные значения для количеств воды, попадающих в двигатель, и если он не может работать в таких условиях, то не получит лицензию на использование.
Что произойдет, если двигатель все еще будет поглощать слишком много воды? Существуют датчики, предназначенные для обнаружения этой ситуации и изменения параметров горения таким образом, чтобы сохранить тягу. Если речь не о длительном полете сквозь грозовые тучи и пребывания в них, когда двигатель засасывает лед в виде градин, то вряд ли возникнет критическая ситуация.
Но мы еще не закончили: дождь не создает проблемы для самолетов в воздухе, а что происходит с ними на земле? Это уже совсем другая история.
Зима создает много проблем для летных экипажей: воздействие вертикальных воздушных потоков и горизонтальных ветров, ограничения видимости и влияния дополнительных осадков. А в аэропорту их ждет одна из самых сложных проблем: ливни сильно намочили взлетно-посадочные полосы и, следовательно, удлинили тормозной путь.
Это означает, что порядок захода на посадку меняется, экстренные процедуры становятся более сложными, увеличивается пробег после приземления, а сама посадка должна быть максимально точной. Кроме того, если инфраструктура аэродрома не соответствует требуемому качеству, может произойти скопление воды на взлетно-посадочной полосе, и риск пробуксовки возрастает.
Поэтому летные экипажи отрабатывают на тренажерах зимние сценарии полетов и посадок, чтобы быть готовыми к сезону дождей. Эти учения проводятся как в авиакомпаниях, так и в ВВС до тех пор, пока пилоты полностью не освоят необходимые навыки до выработки автоматизма, и таким образом они смогут выполнить каждую летную процедуру в соответствии с планом и каждый раз безопасно приземляться. Мастерство и бдительность – это залог успеха.
Перевод: Даниэль Штайсслингер