Материал: Мониторинг и прогнозирование работоспособности жестких аэродромных покрытий. Шашков И.Г., Попов А.Н

Работа выполнена в Федеральном казѐнном государственном военном образовательном учреждении высшего профессионального образования Военном учебно-научном центре Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Попов Александр Николаевич

Официальные оппоненты: Самодурова Татьяна Васильевна

доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный архитектурностроительный университет/ кафедра проектирования автомобильных дорог и мостов, профессор

Земляков Андрей Николаевич

кандидат технических наук, доцент, ФГУП «Администрации гражданских аэропортов (аэродромов)»/ главный инженер

Ведущая организация: Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)

Защита состоится 10 января 2013 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектур- но-строительном университете по адресу: 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Ок-

тября, д. 84, корпус 3, ауд. 3220, тел./факс: +7(473)271-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 5 декабря 2012 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современной авиационной техники предъявляет все более высокие требования к качеству и долговечности аэродромных покрытий. Это обусловливает необходимость совершенствования методов их проектирования, строительства, ремонта и содержания.

Наметившийся рост (в 1,5...2 раза) объемов авиаперевозок до 2020 г. ведет к увеличению интенсивности эксплуатации действующих аэродромов, количество которых за последние годы уменьшилось с 1302 в 1992 году до 351 и возрастанию требований к их эксплуатационной готовности.

Вместе с тем около 70% аэродромов были построены более 20 лет назад, в настоящее время их искусственные покрытия летного поля имеют высокий уровень износа (до 80%) и не обеспечивают безопасную эксплуатацию воздушных судов.

Основой обеспечения регулярной и безопасной работы авиационной техники является система планово-предупредительного ремонта аэродромных покрытий. Такая система предусматривает выполнение работ по поддержанию эксплуатационных качеств аэродромных покрытий не по критерию достижения предельного состояния поврежденностей, а с целью предупреждения их возникновения. Важным элементом структуры планово-предупредительного ремонта аэродромных покрытий является система мониторинга, результатом которой является заключение о эксплуатационно-техническом состоянии.

Недостаток средств воспроизводства основных фондов привел к тому, что планово-предупредительный ремонт элементов аэродромов сводится только к текущему ремонту, который не может заменить капитальный и предотвратить некомпенсируемый износ аэродромных покрытий. Однако в настоящих условиях это единственная мера, позволяющая поддержать аэродромные покрытия в работоспособном состоянии.

Применяемые на практике различные российские и зарубежные методики оперативной оценки эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий позволяют оценить покрытие только на момент мониторинга и не позволяют спрогнозировать изменение его состояния во времени. В тоже время, в условиях недостаточного финансирования особую актуальность приобретает необходимость в разработке метода, позволяющего спрогнозировать изменение эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий на основе обоснованной модели развития и накопления повреждений. Данные прогноза изменения технического состояния на ближайшие 3...5 лет позволят эксплуатационным подразделениям обоснованно спланировать денежные средства на текущее содержание, обеспечив, в первую очередь, ремонт тех участков, которые в перспективе подвергнутся наиболее интенсивному разрушению.

Исследования выполнены в соответствии с государственным заказом ин- женерно-аэродромной службы управления начальника МТО ВВС в рамках научно-исследовательской работ шифр «Колотушка» номер государственной регистрации 1607910 от 19.08.2010 г. и «Инфраструктура» номер государственной регистрации 1-477/11 от 1.06.2011 г.

Объект исследования – жесткие покрытия аэродромов государственной авиации.

Предмет исследования – совокупность параметров, характеризующих эксплуатационно-техническое состояние поверхности жестких покрытий аэродромов государственной авиации.

Целью работы является разработка системы мониторинга и прогнозирование работоспособности жестких аэродромных покрытий.

Основные задачи работы:

определение перечня и коэффициентов весомости повреждений жесткого аэродромного покрытия, непосредственно влияющих на безопасность полетов и достаточных для оценки его эксплуатационно-технического состояния;

разработка системы мониторинга жестких аэродромных покрытий и обоснование в качестве критерия эксплуатационно-технического состояния показателя - надежность;

разработка прогностической модели разрушения жесткого аэродромного покрытия;

проведение численного эксперимента на основе разработанной прогностической модели разрушения жесткого аэродромного покрытия;

разработка по результатам исследований методики оценки эксплуата- ционно-технического состояния жестких аэродромных покрытий по показателю надежность.

Научная новизна заключается в следующем:

методом экспертных оценок определен перечень повреждений, достаточных для оценки эксплуатационно-технического состояния покрытия и впервые установлены значения коэффициентов весомости указанных повреждений по степени влияния на безопасность полетов;

предложена система мониторинга жестких аэродромных покрытий, отличающаяся тем, что при оценке эксплуатационно-технического состояния используется определенный в ходе экспертного опроса перечень повреждений, достаточных для определения надежности покрытия;

теоретически обоснован дополнительный показатель надежности аэродромного покрытия – эксплуатационная долговечность, позволяющий объективно оценить срок службы покрытия до капитального ремонта;

разработана прогностическая модель разрушения жестких аэродромных покрытий, основанная на стохастической природе параметров, входящих в модель, позволяющая определить количество поврежденных плит под воздействием эксплуатационных нагрузок;

экспериментально определены значения надежности, позволяющие оценить работоспособность участков аэродромного покрытия и определить категорию технического состояния элементов летного поля аэродрома;

построены номограммы для определения эксплуатационной долговечности аэродромного покрытия в зависимости от интенсивности его эксплуатации воздушными судами.

Достоверность полученных результатов, научных положений и выводов, приведѐнных в работе, подтверждается объѐмом теоретических исследований,

выполненных в ходе изучения развития и накопления повреждений жестких аэродромных покрытий с учетом изменения во времени параметров и условий эксплуатации, а также использованием математических моделей, адекватность которых была ранее подтверждена результатами экспериментальных исследований известных ученых.

Научная значимость заключается в разработке прогностической модели разрушения жестких аэродромных покрытий, основанной на стохастической природе параметров, входящих в модель.

Практическая значимость работы заключается в разработке методики оценки эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий по показателю надежность с возможностью прогнозирования изменения технического состояния во времени.

На защиту выносятся:

перечень и коэффициенты весомости повреждений жесткого аэродромного покрытия, непосредственно влияющих на безопасность полетов и достаточных для оценки эксплуатационно-технического состояния покрытия;

система мониторинга эксплуатационно-технического состояния аэродромного покрытия;

теоретическое обоснование показателя надежности жесткого аэродромного покрытия – эксплуатационная долговечность и практические рекомендации по ее определению;

прогностическая модель разрушения жестких аэродромных покрытий с учетом стохастической природы параметров, входящих в модель;

методика оценки эксплуатационно-технического состояния жестких покрытий аэродромов по показателю надежность.

Методы исследования. В работе использовалось численное моделирование с использованием лицензионных программных средств

Апробация результатов исследований. Основные результаты исследований и научных разработок докладывались и обсуждались на: научнометодической конференции молодых ученых и соискателей (Воронеж, ВГАСУ, 2009); Всероссийских научно-практических конференциях (Воронеж, ВАИУ, 2009, 2011); Межвузовских научно-практических конференциях «Перспектива» (Воронеж, ВАИУ, 2010, 2012); Всероссийской научно-практической конференции «Материалы для дорожного строительства» (Москва, 2010, 2011); XV академических чтений РААСН Международной научно-технической конференции «Достижения и проблемы материаловедения и модернизация строительной индустрии» (Казань, КГТУ, 2010); Научно-методических и научно-исследова- тельских конференциях (Москва, МАДГТУ, 2011, 2012), Международной науч- но-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» (Белгород, БГТУ, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных статей общим объѐмом 78 страниц, из них лично автору принадлежит 51 страница. Четыре работы опубликованы в изданиях, включѐнных в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации: «Строительные материалы» и «Научный