Введение
Повреждение воздушного судна посторонними предметами
В авиации и аэрокосмической отрасли термин "повреждение от посторонних предметов" (FOD) обозначает любое повреждение воздушного судна, вызванное посторонними предметами (также именуемыми "FOD") – любыми частицами или веществами, не являющимися частью воздушного судна или системы и способными потенциально причинить ему повреждение.
Конструкция двигателя и корпуса, позволяющая избежать FOD
Некоторые военные самолеты имели уникальную конструкцию для предотвращения повреждения двигателя посторонними предметами (FOD). Конструкция включала S-образный изгиб воздушного потока, благодаря которому воздух поступал во входное устройство, отклонялся назад к передней части самолета, а затем снова отклонялся назад к задней части перед попаданием в двигатель. В конце первого изгиба мощная пружина удерживала закрытой дверцу. Любой посторонний предмет, попадающий во входное устройство, ударял в дверцу, открывал ее, пролетал сквозь нее и затем покидал самолет. Таким образом, в двигатель могли попадать только небольшие предметы, поднятые в воздух. Эта конструкция действительно предотвращала проблемы, связанные с FOD, но сужение и сопротивление, вызванные изгибом воздушного потока, снижали эффективную мощность двигателя, поэтому конструкция не была повторена. Аналогичный подход используется во многих вертолетах с турбовинтовыми двигателями, таких как Ми-24, которые используют воздухозаборники "вихоревого" или "центробежного" типа, в которых воздух принудительно направляется по спиральному каналу перед попаданием в двигатель; более тяжелая пыль и другие обломки отбрасываются наружу, где они отделяются от воздушного потока до попадания во входное устройство двигателя. Российские истребители МиГ-29 и Су-27 имеют специальную конструкцию воздухозаборников для предотвращения попадания FOD при взлете с неблагоустроенных аэродромов. Основные воздухозаборники могли закрываться сетчатыми дверцами, а специальные отверстия в верхней части воздухозаборников временно открывались. Это обеспечивало достаточный приток воздуха к двигателю для взлета, но снижало вероятность попадания в двигатель предметов с земли. Еще одна интересная конструкция, минимизирующая риск FOD, – это конструкция самолета Антонов Ан-74, у которого двигатели расположены очень высоко. Компания Boeing предлагала комплект для эксплуатации на гравийных взлетно-посадочных полосах для ранних моделей 737, позволяющий использовать самолет с необлагоустроенных и гравийных полос, несмотря на низкое расположение двигателей. В этот комплект входили дефлекторы для гравия на шасси, убирающиеся огни на нижней части самолета и экраны, предотвращающие попадание гравия, который мог попасть в открытые колесные ниши при выпуске шасси, в критически важные компоненты. В комплект также входили вихревые рассеиватели, устройства, уменьшающие приток воздуха в двигатель снизу, чтобы снизить вероятность попадания гравия. Инженеры Airbus изучают новый подход к снижению риска FOD. Разрабатывая совместно с Israel Aerospace Industries Taxibot – трактор, управляемый пилотом, – самолетам не потребуется использовать реактивные двигатели при рулении, и, следовательно, они не будут уязвимы для FOD на перроне или рулежных дорожках.
Запись в колесах
Часто в протекторах шин транспортных средств, въезжающих на аэродром, застревает мусор. Типы мусора, попадающего в шины, могут включать камни, грязь, гальку, мелкие детали (винты, шайбы, болты и т.п.) и другие мелкие материалы. К таким транспортным средствам относятся машины для обслуживания экипажа, топливозаправщики, ремонтные машины и многие другие, которые непреднамеренно приносят мусор на летное поле и оставляют его там. Отследить и контролировать такие объекты FOD (инородные предметы) очень сложно после их попадания на аэродром. Затем этот мусор может легко быть подхвачен всасывающим устройством реактивного двигателя, струей выхлопных газов или воздушным потоком, создаваемым пропеллером или несущим винтом вертолета. Этот материал, оказавшись вблизи работающих самолетов, может привести к серьезным угрозам безопасности, включая травмы персонала и повреждение оборудования и имущества.
Остатки взлетно-посадочной полосы
Крушение самолета Concorde, рейс 4590 авиакомпании Air France, в аэропорту Шарля де Голля недалеко от Парижа 25 июля 2000 года было вызвано попаданием посторонних предметов (FOD); в данном случае, это был кусок титанового обломка на взлетно-посадочной полосе, являвшийся частью реверса тяги, отвалившегося от самолета Continental Airlines McDonnell Douglas DC-10 во время взлета примерно за четыре минуты до этого. Попадание обломка привело к взрыву шины. Резиновые осколки от шины ударили по крылу, прорвав топливный бак и вызвав сильный пожар, приведший к потере управления. Все 100 пассажиров и девять членов экипажа на борту, а также четыре человека на земле погибли. Самолет Gates Learjet 36A, регистрационный номер N527PA, выполнял взлет из международного аэропорта Ньюпорт-Ньюс/Уильямсбург в Вирджинии 26 марта 2007 года, когда экипаж услышал громкий хлопок. Прервав взлет, экипаж попытался справиться с заносом и активировать тормозной парашют. Парашют не сработал, и Learjet съехал с взлетно-посадочной полосы с пробитыми шинами. Персонал аэропорта сообщил об обнаружении камней и кусков металла на взлетно-посадочной полосе после происшествия. Национальный совет по безопасности на транспорте заявил, что причиной аварии стало попадание посторонних предметов (FOD) на взлетно-посадочную полосу. Отказ тормозного парашюта способствовал развитию аварии.
Вулканическая пепел
24 июня 1982 года рейс 9 British Airways, следовавший в Перт, Австралия, попал в облако вулканического пепла над Индийским океаном. Boeing 747-200B испытал всплески мощности во всех четырех двигателях, пока они полностью не остановились. Пассажиры и экипаж наблюдали вокруг самолета явление, известное как огни Святого Эльма. Рейс 9 начал снижение, пока не покинул облако, что позволило воздушному пеплу очистить двигатели, которые затем были перезапущены. Лобовое стекло кабины пилотов было сильно повреждено частицами пепла, но самолет благополучно приземлился. 15 декабря 1989 года рейс KLM 867, следовавший в международный аэропорт Нарита, Токио, пролетел сквозь густое облако вулканического пепла от вулкана Редаут, извержение которого произошло накануне. Четыре двигателя Boeing 747-400 заглохли. После снижения более чем на 4267 метров, экипаж перезапустил двигатели и благополучно приземлился в международном аэропорту Анкориджа.
Предмет, выброшенный из воздушного судна
Необычный случай попадания инородного предмета (FOD) произошел 28 сентября 1981 года над заливом Чесапик. Во время летных испытаний F/A-18 Hornet, Центр испытаний авиации ВМС США использовал Douglas TA-4J Skyhawk в качестве самолета сопровождения для съемки испытания сброса бомбовой подвески с Hornet. Бомбовая подвеска задела правое крыло Skyhawk, отделив почти половину крыла. Skyhawk загорелся в течение нескольких секунд после столкновения; два человека, находившиеся на борту, катапультировались.
Удар птиц
20 ноября 1975 года самолет Hawker Siddeley HS.125, взлетевший с аэродрома Дунсфолд, сразу после отрыва от взлетно-посадочной полосы пролетел сквозь стаю чибисов и потерял тягу обоих двигателей. Экипаж посадил самолет обратно на взлетно-посадочную полосу, но он не смог остановиться и выехал за ее пределы, пересекая дорогу. Самолет столкнулся с автомобилем на дороге, в результате чего погибли все шесть находившихся в нем людей. Хотя самолет был уничтожен последовавшим пожаром, девять членов экипажа выжили. 17 ноября 1980 года самолет Hawker Siddeley Nimrod Королевских ВВС потерпел крушение вскоре после взлета с базы RAF Kinloss. Он пролетел сквозь стаю канадских гусей, что привело к отказу трех из четырех двигателей. Пилот и второй пилот погибли; посмертно пилот был награжден крестом ВВС за проявленное мужество при сохранении управления самолетом и спасении жизней 18 членов экипажа. На взлетно-посадочной полосе или рядом с ней были обнаружены останки 77 птиц. 15 января 2009 года самолет US Airways, рейс 1549, вскоре после взлета столкнулся со стаей канадских гусей и потерял тягу обоих двигателей. Пилот совершил вынужденную посадку на воду в реке Гудзон, спасая жизни всех находившихся на борту.
Дикая природа и водно-болотные угодья вблизи аэропортов
Значительные проблемы возникают в аэропортах, где территория была или стала местом гнездования птиц. В то время как заборы могут предотвратить выход на взлетно-посадочную полосу лося или оленя, контролировать птиц гораздо сложнее. Аэропорты часто используют отпугиватели птиц, работающие на пропане, чтобы создавать достаточно громкий шум, отпугивающий птиц в окрестностях. Руководители аэропортов используют любые доступные средства (включая обученных соколов, а также дроны, имитирующие машущих крыльями соколов) для сокращения численности птиц. Еще одним изучаемым решением является использование искусственного газона вблизи взлетно-посадочных полос, поскольку он не предоставляет диким животным ни пищи, ни укрытия, ни воды.
Конференции
В Соединенных Штатах наиболее заметным местом встречи экспертов по инородным предметам (ОВП) является ежегодная Национальная конференция по предотвращению попадания ОВП в авиацию и космонавтику. Она проводится ежегодно в разных городах организацией National Aerospace FOD Prevention, Inc. (NAFPI) – некоммерческой ассоциацией, специализирующейся на обучении, повышении осведомленности и предотвращении попадания ОВП. Информация о конференции, включая материалы прошлых конференций, доступна на веб-сайте NAFPI. Однако NAFPI подверглась критике за чрезмерный акцент на контроле инструментов и производственных процессах, и другие участники отрасли взяли на себя инициативу по заполнению этих пробелов. В ноябре 2010 года BAA провела первую в мире конференцию по этой теме, организованную аэропортами.
Улучшение устойчивости к повреждениям
Негативные последствия от попадания посторонних объектов (FOD) могут быть уменьшены или полностью устранены путем создания остаточных сжимающих напряжений в критических зонах усталости детали в процессе ее изготовления. Эти полезные напряжения вводятся в деталь посредством холодной обработки с использованием методов ударного воздействия: дробеструйной обработки или лазерной обработки. Чем глубже остаточные сжимающие напряжения, тем значительнее увеличение ресурса усталости и повышения устойчивости к повреждениям. Дробеструйная обработка обычно создает сжимающие напряжения на глубине в несколько тысячных дюйма, лазерная обработка обычно создает остаточные сжимающие напряжения на глубине от 0,040 до 0,100 дюйма. Сжимающие напряжения, созданные лазерной обработкой, также более устойчивы к воздействию высоких температур.
Экономическое воздействие
На международном уровне FOD обходится авиационной отрасли в 13 миллиардов долларов США в год, включая прямые и косвенные затраты. Косвенные затраты могут в десять раз превышать стоимость прямых, охватывая задержки, смену воздушных судов, расходы на топливо, внеплановое техническое обслуживание и прочее. Это также приводит к дорогостоящему и значительному повреждению самолетов и их компонентов, а также к гибели и травмам работников, пилотов и пассажиров. По оценкам, FOD обходится крупным авиакомпаниям США в 26 долларов на рейс на ремонт самолетов и еще в 312 долларов на сопутствующие косвенные расходы, такие как задержки рейсов, пересадки на другие самолеты и неэффективное использование топлива. "Существуют и другие затраты, которые сложнее оценить, но они не менее серьезны", – отмечает командир Королевских ВВС Великобритании и исследователь FOD Ричард Френд. "Трагедии, подобные катастрофе рейса AF 4590 авиакомпании Air France, привели к гибели людей, страданиям семей погибших, подозрениям в халатности, чувству вины и ответственности, которые могут преследовать на протяжении всей жизни. Эта душераздирающая боль не поддается исчислению, но ее нельзя забывать. Если бы все помнили об этом, мы бы оставались бдительными и навсегда предотвращали попадание посторонних предметов в двигатели и другие системы. На самом деле, множество факторов могут сложиться в цепочку событий, приводящую к отказу."