Вулканический пепел и авиационная безопасность

Шлейфы вулканического пепла вблизи действующих вулканов представляют угрозу безопасности полетов , особенно ночных полетов. Вулканический пепел тверд и абразивен и может быстро вызвать значительный износ винтов и лопастей турбокомпрессора , а также поцарапать окна кабины, ухудшая видимость. Зола загрязняет топливную и водяную системы, может заклинить шестерни и привести к двигателей возгоранию . Его частицы имеют низкую температуру плавления двигателей, , поэтому они плавятся в камере сгорания после чего керамическая масса прилипает к лопаткам турбин, топливным форсункам и камерам сгорания , что может привести к полному выходу двигателя из строя. Пепел также может загрязнить салон и повредить авионику . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

В 1991 году авиационная промышленность решила создать Консультативные центры по вулканическому пеплу (VAAC) для связи между метеорологами , вулканологами и авиационной промышленностью. ^{[ 3 ]} До 2010 года производители авиационных двигателей не определяли конкретные уровни частиц, выше которых они считали двигатели подверженными риску. Регуляторы воздушного пространства придерживались общего подхода: если концентрация пепла поднимается выше нуля, они считают воздушное пространство небезопасным и, следовательно, закрывают его. ^{[ 4 ]}

Издержки, связанные с нарушением авиаперелетов в Европе после извержения вулкана в 2010 году, заставили производителей самолетов установить ограничения на количество пепла, которое они считают приемлемым для реактивного двигателя, который может поглотить без ущерба. В апреле Управление гражданской авиации Великобритании совместно с производителями двигателей установило безопасный верхний предел плотности золы на уровне 2 мг на кубический метр воздушного пространства. ^{[ 5 ]} С мая 2010 года CAA пересмотрело безопасный предел до 4 мг на кубический метр воздушного пространства. ^{[ 6 ]}

Чтобы свести к минимуму дальнейшие разрушения, которые могут вызвать это и другие извержения вулканов, CAA создало новую категорию ограниченного воздушного пространства, названную « зона с ограниченным временем» . ^{[ 7 ]} Воздушное пространство, отнесенное к категории TLZ, аналогично воздушному пространству в суровых погодных условиях, поскольку ограничения должны быть кратковременными. Однако ключевым отличием воздушного пространства TLZ является то, что авиакомпании должны предоставить сертификаты соответствия для самолетов, которые они хотят войти в эти зоны. Любое воздушное пространство, где плотность пепла превышает 4 мг на кубический метр, является запрещенным воздушным пространством . ^{[ нужна ссылка ]}

Вулканический пепел в непосредственной близости от шлейфа извержения отличается по диапазону размеров частиц и плотности от пепла в облаках, рассеивающихся с подветренной стороны, которые содержат только самые мелкие частицы пепла. Эксперты не установили нагрузку золы, влияющую на нормальную работу двигателя (кроме срока службы двигателя и затрат на техническое обслуживание). В настоящее время неясно, сохраняется ли риск расплавления кремнезема при гораздо более низкой плотности пепла, характерной для облаков пепла ниже по течению. ^{[ нужна ссылка ]}

в 1982 году возникла проблема Эксперты признали, что после рейса 9 British Airways , и поэтому ИКАО учредила Исследовательскую группу по предупреждению о вулканическом пепле. Из-за сложности прогнозирования точной информации на срок до 12 часов и более, ИКАО позже создала Консультативные центры по вулканическому пеплу (VAAC). ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Вулканическая опасность для авиации

Вулканический пепел состоит из мелкой тефры , которая представляет собой кусочки измельченной породы и стекла диаметром менее 2 миллиметров (0,079 дюйма), образовавшиеся в результате извержений вулканов . ^{[ 10 ]} Пепел попадает в атмосферу за счет силы извержения и конвекционных потоков нагретого воздуха, а затем уносится ветрами от вулкана. Пепел наименьшего размера может оставаться в атмосфере значительный период времени и уноситься в сторону от места извержения. Облако пепла может представлять опасность для авиации, если достигнет высот траектории полета самолетов.

Ночью пилоты не видят облака пепла. Кроме того, частицы пепла слишком малы, чтобы передавать эхо бортовым метеорологическим радарам коммерческих авиалайнеров. Даже во время полета при дневном свете пилоты могут интерпретировать видимое облако пепла как обычное облако водяного пара , а не как опасность, особенно если пепел улетел далеко от места извержения. ^{[ 8 ]}^{[ 11 ]} На снимке вулкана Чайтен облако пепла распространилось на тысячи километров от места извержения, пересекая ширину Южной Америки от побережья Тихого океана и распространяясь над Атлантикой.

Вулканический пепел имеет температуру плавления примерно 1100 °C (2010 °F), что ниже рабочей температуры современных коммерческих реактивных двигателей, около 1400 °C (2550 °F). Вулканический пепел может повредить газовые турбины разными способами. Их можно разделить на те, которые представляют непосредственную опасность для двигателей, и те, которые создают проблемы с обслуживанием.

Непосредственная опасность для самолета

Вулканический пепел состоит из фрагментов горных пород, кристаллического материала и вулканического стекла. Стеклянный компонент имеет самую низкую температуру плавления — ниже, чем температура внутри сгорания газотурбинного камеры двигателя. Зола, попадающая в камеру сгорания, может расплавиться. Компоненты камеры сгорания и турбины охлаждаются, поскольку металлы, из которых они изготовлены, имеют более низкую температуру плавления, чем температура газа внутри активной зоны двигателя. Расплавленный пепел, соприкасающийся с этими поверхностями, скорее всего, замерзнет и скапливается на металлической поверхности.

Наиболее чувствительной поверхностью являются направляющие аппараты сопел турбины высокого давления (NGV), расположенные сразу после камеры сгорания. Поток газа дросселируется через газомоторные двигатели, поэтому область потока через газомоторные двигатели является зоной управления двигателем. Если эта площадь уменьшается за счет нарастания золы, через активную зону двигателя проходит меньший массовый расход газа. Уменьшение массового расхода приводит к тому, что турбина выполняет меньше работы. Турбина приводит в движение компрессор , который соответственно также совершает меньшую работу по сжатию воздуха. Если компрессор больше не может удерживать газ под высоким давлением в сердцевине двигателя, поток газа может повернуть вспять и выйти из передней части двигателя. Это известно как помпаж двигателя или помпаж компрессора и часто сопровождается огненным шаром, вырывающимся из передней части двигателя. Этот всплеск, скорее всего, погасит пламя в камере сгорания двигателя, что называется «затухание пламени». Как только высокое давление в активной зоне спадет, двигатель можно будет перезапустить. Перезапуск двигателя на высоте может быть затруднен из-за более низких температур и давлений окружающего газа, но обычно это не проблема. Уменьшенное проходное сечение газомоторных двигателей может затруднить повторный запуск двигателя.

Вулканический пепел несет значительный электростатический заряд. Мелкая зола, попадающая в электронные компоненты двигателя или планера, может вызвать сбой в работе электрооборудования, что представляет собой непосредственную опасность для самолета. ^{[ 12 ]}

Проблемы, вызванные золой, требующие более тщательного обслуживания

Вулканический пепел, как твердое вещество, повреждает компрессоры газовых турбин. Он подвергается эрозии при воздействии на лопатки и лопасти компрессора и удалении материала, а также истирается в результате трех телесных взаимодействий между вращающейся лопаткой, частицей золы и кольцевым пространством компрессора. Изменение формы лопастей и лопаток, а также увеличение зазоров между лопатками и кольцами способствуют снижению топливной экономичности и работоспособности двигателя.
Расплавленная зола, прилипающая к охлажденным поверхностям, может засорить отверстия охлаждения. Это останавливает поток охлаждающего воздуха и нагревает окружающий металл, что приводит к ускоренной термической усталости . Этот процесс влияет на компоненты камеры сгорания и турбины.
Зола может накапливаться и частично блокировать топливные форсунки смеси , ухудшая поля потоков воздуха и топлива, а также стехиометрию в камере сгорания. камеры сгорания Такие неблагоприятные условия снижают производительность двигателя и могут создавать локальные точки перегрева, которые увеличивают степень термической усталости . ^{[ 12 ]}

Облака диоксида серы

Диоксид серы — еще один продукт деятельности вулканов, который разносится облаками пепла после извержения — вызывает коррозию самолетов, пролетающих через него. ^{[ 8 ]}

Была предпринята попытка доказать, что диоксид серы, обычно сопровождающий извержение вулкана, действительно является хорошим индикатором присутствия облаков пепла, что позволяет избежать облаков пепла в авиации.

Однако было обнаружено, что два вида облаков имеют тенденцию разделяться из-за сдвига ветра. Кроме того, методы обнаружения имеют ограничения, поскольку оба вида могут быть замаскированы другими типами аэрозолей, такими как вода или лед; это способствует большой изменчивости данных.

Следовательно, поскольку нет постоянного перекрытия между SO ₂ и пеплом, SO ₂ не является надежным индикатором облаков пепла. ^{[ 13 ]}

Аварии и происшествия

В 1982 году рейс 9 British Airways выполнял рейс из Лондона в Окленд . На из Куала-Лумпура в Перт участке пути самолет Боинг 747-200 пролетел через облако пепла горы Галунггунг , потеряв мощность всех четырех двигателей, и снизился с высоты 37 000 футов (11 000 м) до всего лишь 13 500 футов (4 100 м). прежде чем летному экипажу удалось перезапустить три двигателя и приземлиться в Джакарте .

В 1989 году рейс 867 авиакомпании KLM выполнял рейс из Амстердама в Токио через Анкоридж . При спуске в Анкоридж самолет снижался на высоту 24 000 футов (7300 м), и Боинг 747-400 столкнулся с облаком пепла с горы Редут , и все четыре двигателя отказали. На высоте 13 000 футов (4 000 м) два левых двигателя перезапустились, а на высоте 11 000 футов (3 400 м) перезапустились два оставшихся двигателя. Через несколько минут самолет совершил успешную вынужденную посадку в международном аэропорту Теда Стивенса в Анкоридже .

Ссылки

^ «Геологическая служба США: Программа по опасностям вулканов» . Volcanes.usgs.gov .
^ «Вулканический пепел – SKYbrary Авиационная безопасность» . www.skybrary.aero .
^ «Вулканический пепел – опасность для самолетов в северной части Тихого океана, информационный бюллетень Геологической службы США 030-97» . pubs.usgs.gov .
^ «Можем ли мы безопасно летать сквозь вулканический пепел?» .
^ Маркс, Пол (21 апреля 2010 г.). «Разборка двигателя обеспечивает безопасный уровень вулканического пепла» . Новый учёный . Проверено 12 ноября 2019 г.
^ «Ограничения на облака пепла в Великобритании сняты» . Новости Би-би-си . 17 мая 2010 г.
^ «Изменения в порядке работы в районах с повышенным содержанием золы» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 мая 2010 г. Проверено 18 мая 2010 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Обзор семинара VAAC SACS, октябрь 2006 г.» . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ «Программа наблюдения за вулканами International Airways» .
^ «Геологическая служба США: Программа по опасностям вулканов» . Volcanes.usgs.gov .
^ Видео об опасностях вулканического пепла, подготовленное Международной федерацией ассоциаций пилотов авиакомпаний.
^ Перейти обратно: ^а ^б Симпозиум Института инженеров-механиков: Авиационная безопасность в облаках вулканического пепла: прогресс после E15. ноябрь 2013 г.
^ Сирс, ТМ; Томас, GE; Карбони, Э.; Смит, AJA; Грейнджер, Р.Г. (2013). «SO ₂ как возможный аналог вулканического пепла при предотвращении авиационной опасности» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 18 (11): 5698–5709. Бибкод : 2013JGRD..118.5698S . дои : 10.1002/jgrd.50505 .

Внешние ссылки

Фуд, Колин (2010). «Самолеты и вулканический пепел» . Шестьдесят символов . Брэди Харан из Ноттингемского университета .

[1] «Геологическая служба США: Программа по опасностям вулканов» . Volcanes.usgs.gov .

[2] «Вулканический пепел – SKYbrary Авиационная безопасность» . www.skybrary.aero .

[3] «Вулканический пепел – опасность для самолетов в северной части Тихого океана, информационный бюллетень Геологической службы США 030-97» . pubs.usgs.gov .

[4] «Можем ли мы безопасно летать сквозь вулканический пепел?» .

[5] Маркс, Пол (21 апреля 2010 г.). «Разборка двигателя обеспечивает безопасный уровень вулканического пепла» . Новый учёный . Проверено 12 ноября 2019 г.

[6] «Ограничения на облака пепла в Великобритании сняты» . Новости Би-би-си . 17 мая 2010 г.

[7] «Изменения в порядке работы в районах с повышенным содержанием золы» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 мая 2010 г. Проверено 18 мая 2010 г.

[Witham-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Обзор семинара VAAC SACS, октябрь 2006 г.» . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[IAVW-9] «Программа наблюдения за вулканами International Airways» .

[Tephra-10] «Геологическая служба США: Программа по опасностям вулканов» . Volcanes.usgs.gov .

[alpa-11] Видео об опасностях вулканического пепла, подготовленное Международной федерацией ассоциаций пилотов авиакомпаний.

[ReferenceA-12] Перейти обратно: ^а ^б Симпозиум Института инженеров-механиков: Авиационная безопасность в облаках вулканического пепла: прогресс после E15. ноябрь 2013 г.

[13] Сирс, ТМ; Томас, GE; Карбони, Э.; Смит, AJA; Грейнджер, Р.Г. (2013). «SO ₂ как возможный аналог вулканического пепла при предотвращении авиационной опасности» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 18 (11): 5698–5709. Бибкод : 2013JGRD..118.5698S . дои : 10.1002/jgrd.50505 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]