Топливная система самолёта и топливное голодание

Топливо в самолёте не течёт из крыла в двигатель самотёком. Между баком и камерой сгорания стоит система из насосов, клапанов и фильтров, которая поднимает давление, распределяет остатки между баками и следит за центровкой. Когда эта цепочка где-то рвётся, двигатель перестаёт получать топливо — даже если в баках его ещё тонны.

Разберём, как топливо движется по самолёту, и что происходит, когда движение нарушается.

Где хранится топливо

Основную часть топлива на большинстве самолётов держат в крыле — в кессон-баках, герметичных полостях внутри самой конструкции. Отдельных ёмкостей там нет: баком служит пространство между силовыми элементами крыла — продольными балками-лонжеронами и поперечными рёбрами-нервюрами, — загерметизированное изнутри.

Напрямую в двигатель топливо оттуда не льётся: между баком и камерой сгорания стоит несколько ступеней насосов, и каждая решает свою задачу.

Путь топлива от крыла до камеры сгорания

Расходный отсек. Внутри крыльевого бака выделен отдельный отсек, который называют расходным. Именно из него топливо в итоге подаётся к двигателю. Он всегда должен оставаться заполненным, поэтому в него постоянно перекачивают топливо из остальных частей бака.

Перекачивающие насосы. Они перемещают топливо из других зон крыла или из дополнительных баков — например, в фюзеляже или центроплане — в расходный отсек. Их задача не давление, а перемещение объёмов.

Подкачивающие насосы. Из расходного отсека они поднимают давление до уровня, при котором основной насос двигателя может стабильно забирать топливо. Без этого на большой высоте начинается кавитация — в потоке образуются пузырьки пара, и подача становится рваной.

Насос высокого давления двигателя. Последнее звено: он создаёт давление, необходимое для распыления топлива через форсунки в камере сгорания. Расходом на этом этапе управляет FADEC — цифровая система управления двигателем.

Управление и балансировка

Экипаж или автоматика задают программу выработки: из каких баков и в каком порядке расходуется топливо. Смысл не только в том, чтобы у двигателей всегда был запас.

Топливо — это масса, и по мере выработки она смещается. Порядок расхода задаётся так, чтобы центр тяжести самолёта оставался в допустимых пределах на протяжении всего полёта. На дальнемагистральных машинах с баком в горизонтальном стабилизаторе топливо специально перекачивают назад и вперёд, подстраивая центровку под режим полёта.

Вторая задача — симметрия. Разница масс между левым и правым крылом создаёт кренящий момент, который приходится парировать рулями, а это лишнее сопротивление и расход. Поэтому система следит за балансом между бортами и сигнализирует при перекосе.

Что ещё есть в системе

• Фильтры — задерживают механические примеси и кристаллы льда. При засорении открывается обходной клапан, и в кабине появляется сообщение о работе фильтра в обход.
• Обратные клапаны — не дают потоку пойти в обратную сторону при перепадах давления.
• Краны перекрытия — отсекают участки системы, в том числе при пожаре двигателя.
• Система наддува и дренажа баков — поддерживает давление в баке по мере выработки топлива, чтобы не образовался вакуум, и отводит скапливающийся конденсат.
• Кросс-фид — магистраль, позволяющая питать любой двигатель из любого бака. Штатно используется для устранения перекоса, но именно она делает возможной одну опасную ошибку, о которой ниже.

Топливное голодание: топливо есть, а двигатель не получает

Топливное голодание (fuel starvation) — ситуация, при которой двигатели не получают достаточно топлива для штатной работы, хотя в баках оно ещё остаётся. Проблема не в количестве, а в подаче.

Причины бывают разные: отказ подкачивающих насосов, засорение фильтров, обледенение топливной магистрали, неправильная конфигурация системы, ошибки при перекачке между баками. Отдельный сценарий — застывание топлива при длительном полёте в экстремальном холоде, когда керосин приближается к температуре кристаллизации.

Путать это состояние с выработкой топлива нельзя, потому что действия экипажа в этих случаях разные:

• Голодание (fuel starvation) — топливо в баках есть, но оно не доходит до двигателя. Решается переконфигурацией системы: включением других насосов, открытием кросс-фида, переключением на исправный бак.
• Выработка (fuel exhaustion) — топлива в баках физически не осталось. Здесь переключать нечего, и единственный выход — посадка, штатная или вынужденная.

Как реагируют системы

Первым делом срабатывает сигнализация: на дисплее появляются сообщения о низком уровне, падении давления в магистрали или работе фильтра в обход. Автоматика может задействовать резервные насосы, а экипаж — открыть кросс-фид, чтобы запитать двигатель из другого бака.

Роль FADEC при этом стоит понимать правильно. Система не «растягивает остатки» и не экономит топливо по своей инициативе — она управляет расходом в соответствии с заданным экипажем режимом и защищает двигатель от выхода за пределы. При падении давления в магистрали FADEC зафиксирует отклонение и выдаст предупреждение, а если параметры уйдут за допустимые, ограничит режим ради сохранности двигателя. Тягу задаёт экипаж, а не автоматика.

Если давление продолжает падать, двигатель начинает работать с перебоями, возможен помпаж. Параметры на дисплее при этом расходятся: обороты падают, температура ведёт себя нехарактерно для режима. В крайнем случае двигатель глохнет.

Отказ одного двигателя не критичен: современные лайнеры сертифицированы для полёта на одном, и по правилам ETOPS экипаж уходит на ближайший подходящий аэродром. Остановка обоих переводит самолёт в режим планирования: питание берёт на себя аварийная турбина RAT, экипаж выполняет процедуру ALL ENG FLAME OUT и рассчитывает дальность до площадки.

Air Transat 236: оба сценария в одном полёте

24 августа 2001 года Airbus A330 авиакомпании Air Transat выполнял рейс Торонто — Лиссабон с 306 людьми на борту. Над Атлантикой в правом двигателе началась утечка топлива.

Причина, как установило расследование, лежала в наземном обслуживании: при недавней замене двигателя были установлены несовместимые детали, из-за чего зазор между гидравлической и топливной магистралями оказался недостаточным. Вибрация привела к тому, что трубки соприкоснулись, и топливопровод дал трещину.

В кабине это выглядело не как утечка, а как нарастающий перекос по бакам — прямого предупреждения об утечке система не давала. Экипаж открыл кросс-фид, чтобы выровнять баланс, и топливо из целого левого бака пошло к повреждённой стороне и через трещину за борт. Расследование отметило, что действия выполнялись по памяти, без обращения к чек-листу на утечку топлива, который предписывает кросс-фид не открывать. Ошибка была не в невнимательности, а в том, что признаки утечки маскировались под обычный перекос — Airbus после этого случая ужесточил формулировки в процедурах.

Дальше произошли оба сценария по очереди. В 06:13 остановился правый двигатель — его бак опустел, хотя в левом топливо ещё оставалось: это голодание. Через тринадцать минут встал левый — топлива на борту не осталось вовсе: это выработка.

С высоты около 10 500 метров экипаж провёл самолёт без тяги примерно 120 километров и посадил его на авиабазе Лажеш на Азорских островах. Все 306 человек выжили, восемнадцать получили травмы при эвакуации. Это самое длинное планирование пассажирского лайнера без работающих двигателей в истории.

Итог

Топливная система — не труба из бака в двигатель, а управляемая цепочка с несколькими ступенями давления, программой выработки и контролем центровки. Пока она работает, экипаж о ней почти не думает.

Когда она отказывает, важнее всего правильно определить, что именно произошло: топливо не доходит или его больше нет. От этого зависит, есть ли у экипажа что переключать — или остаётся только считать дальность планирования.