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

ны в 4 группы эксплуатации в зависимости от массы ВС, длин разбега и пробега, количества колес на основной опоре, расстояния между основными опорами.

По результатам моделирования получены вероятности воздействия воздушных судов различных групп эксплуатации, приведенные в табл. 2.

Таблица 2

Вероятность воздействия самолетов на покрытие QВС

Допуская, что воздействие самолетов на покрытие имеет одинаковую интенсивность с обеих сторон искусственной взлетно-посадочной полосы (ИВПП), получены диаграммы изополей вероятностей воздействия воздушных судов для всех групп эксплуатации ВС (рис. 4) и определены площади изополей воздействия ВС по участкам А, Б, В и Г, принятых в соответствии со СНиП 32.03.96 и представленных в табл. 3.

Рис. 4. Вероятность воздействия воздушных судов на примере IV группы эксплуатации

Площадь участка, на котором вероятность воздействия воздушного судна

4

составляет Qвс=0,01, вычисляется по формуле: S5 Sобщ Si , где Sобщ – пло-

i 1

щадь покрытия ИВПП; Si – площадь i-го участка покрытия.

Результаты хорошо согласуются с данными, полученными А.П. Степушиным и А.П. Виноградовым, а также с результатами натурных наблюдений на ряде аэродромов государственной авиации.

Полученный математический аппарат реализован в статистиковероятностной модели расчета количества поврежденных плит, представленной на рис. 5.

Рис. 5. Структурно-логическая схема статистико-вероятностного моделирования расчета количества поврежденных плит аэродромного покрытия

В качестве входных параметров рассматриваются: параметры исходного состояния 1 , 2 , n : толщина плиты H, расчетное сопротивление по прочности при сжатии Rbtb, группа участков аэродромного покрытия: параметры механического воздействия 1' , '2 , 'd : масса самолета G, длина разбега Lр, длина пробега Lп (таблица 3.5); параметры природно-климатического воздействия1" , "2 , "d : температура наружного воздуха to, коэффициент постели искусственного основания K sио , коэффициент постели естественного основания Ksео .

В качестве выходного параметра – количество разрушенных плит.

Для автоматизации расчетов разработана прикладная программа «Nadeznost», реализованная в среде Mathlab.

По результатам численного эксперимента установлено, что надежность аэродромного покрытия в зависимости от типа ВС и типа искусственного основания изменяется по одному закону, но с различной интенсивностью. Влияние места расположения аэродрома (дорожно-климатической зоны) на надежность незначительно. Это объясняется тем, что температурные напряжения имеют относительно малые значения по сравнению с напряжениями от воздействия колесной нагрузки ВС.

Результаты моделирования подтвердили, что для всех принятых исходных данных ярко выражены три периода накопления повреждений аэродромного покрытия на каждом из участков в зависимости от количества приложений нагрузки (рис. 6): период Т1 ( Pф 0; 0,95 ) – приработка покрытия: возникают

дефекты аэродромного покрытия технологического характера, а также вследствие физико-химических процессов формирования цементного камня и воз-

никновения температурных деформаций; период Т2 ( Pф 0,95; Pкр ) – нормаль-

ная эксплуатации покрытия: происходит развитие дефектов и появление повреждений, связанных с воздействием эксплуатационных нагрузок от ВС, в этот период возникают повреждения, влияющие на безопасное производство полетов; период Т3 (Рф<Pкр) – интенсивный износ: происходит неконтролируемое разрушение конструкций аэродромного покрытия, угрожающие безопасности полетов и маневрированию на покрытии ВС. Ркр – надежность покрытия, соответствующая предельному состоянию как по наличию и степени развития повреждений, так и по несущей способности; в зависимости от участка покрытия находится в пределах 0,52 – 0,71.

1 – из плит ПАГ-14 по искусственному основанию с KS=3500 МН/м3 на участке А для I группы эксплуатации ВС; 2 – из плит ПАГ-14 по

искусственному основанию с KS=2100 МН/м3 на участке Б для II группы эксплуатации ВС; 3 – из плит ПАГ-14 по

искусственному основанию с KS=2100 МН/м3 на участке Б для III группы эксплуатации ВС

Рис. 6. Показатели состояния аэродромного покрытия

Анализ результатов мониторинга эксплуатационно-технического состояния искусственных покрытий аэродромов, расположенных в 2, 3, 4 дорожноклиматических зонах, а также результаты численного эксперимента позволили установить наличие нескольких типов повреждений покрытий, зависящих от природы их происхождения и развития:

тип 1 – трещины, возникающие в результате воздействия нагрузок от ВС на покрытие, проявление которых незначительно, наблюдается в плитах колейного ряда. Соответствует периоду Т2 эксплуатации покрытия;

тип 2 – продольные и поперечные тонкие усадочные трещины в плитах, шелушение поверхности плит, D-образное растрескивание. Характер – усадочные, температурные, появляющиеся в результате воздействия природноклиматических факторов. Соответствует периоду Т1 эксплуатации покрытия;

тип 3 – появление сквозных трещин, делящих плиту на фрагменты, образование просадок, уступов плит, сколов кромок бетона, фонтанирования, вздыбливания, выбоин, глубокого шелушения. Указанные повреждения не достигли предельно допустимых значений;

тип 4 – повреждения типа 3, которые достигли предельно допустимых значений, представляющие опасность производству полетов воздушных судов. Соответствует периоду Т3 эксплуатации покрытия.

Для определения границы перехода повреждений типа 1 в тип 3 и типа 2 в тип 3 период Т2 (рис. 6) делится на: Т2н – период, при котором обеспечивается условие безопасного производства полетов: повреждения имеют значения, не превышающие предельно допустимые; Т2пр – период, при котором не обеспечивается условие безопасного производства полетов: повреждения достигли значений, превышающие предельно допустимые.

По результатам численного эксперимента получены допустимые и критические значения надежности для различных групп эксплуатации ВС, групп участков покрытия.

Вчетвертой главе представлена альтернативная методика оценки экс- плуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий по показателю надежность.

Методика позволяет оценить эксплуатационно-технического состояния каждого участка искусственного покрытия в отдельности, элемента летного поля целиком, спрогнозировать остаточный ресурс обследуемого элемента исходя из прогнозируемого количества взлетно-посадочных операций ВС.

Вкачестве исходной единицы эксплуатационно-технического состояния покрытия принята плита. Надежность плиты определяется по имеющимся на ней повреждениям, приведенным в табл. 2, следующим выражением:

i 1

где mi – весовой коэффициент i-го повреждения.

Надежность по i-му повреждению плиты Pi ф 1 ri оценивается по степени риска ri разрушения плиты при наличии и величине повреждения:

где Н(деф)i – фактическая величина i-го повреждения на рассматриваемой плите;

– среднеквадратическое отклонение фактической величины i-го повреждения на участке покрытия; Нmax– максимальная величина i-го повреждения;

Smax – среднеквадратическое отклонение максимальной величины i-го повреждения на участке покрытия; Ф(и) – функция Лапласа.

Надежность участка покрытия Руч определяется через отношение суммы значений надежности образцов данного участка к их количеству:

где nобр – количество образцов на участке покрытия.

За образец принят участок покрытия, состоящий из 20±8 смежных плит. Вывод о состоянии покрытия выполняем путем сравнения фактической

надежности Руч с допустимой Pэmin , определяемой по табл. 5:

если Руч Pэmin , то участок покрытия считается исправным, достаточно ограничиться планированием работ эксплуатационного содержания.

если Руч Pэmin , то участок аэродромного покрытия считается неис-

правным и производится проверка на работоспособность из условия: Руч Pкр (значения Ркр приведены в табл. 5): если условие выполняется - уча-

сток покрытия работоспособен, достаточно ограничиться проведением работ текущего ремонта; если условие не выполняется - участок покрытия считается неработоспособным, необходимо проведение работ капитального ремонта.

Категории эксплуатационно-технического состояния элемента покрытия устанавливается по табл. 6.