Грунтовые взлетно-посадочные полосы аэродромов

Грунтовые взлетно-посадочные полосы (ГВПП) представляют собой специально подготовленную из местного грунта площадь, предназначенную для совершения безопасных взлетов и посадок самолетов. Грунтовые взлетно-посадочные полосы имеют одинаковое назначение с ИВПП, но отличаются тем, что на них нет искусственного покрытия. В системе наземного обеспечения воздушного транспорта грунтовые летные полосы имеют большое распространение, поскольку их устраивают на аэропортах всех видов воздушных сообщений (рис. 40):

Рис. 39.30. Грунтовые взлетно-посадочные полосы (ГВПП) в зависимости от класса аэродрома: а – аэродромы с искусственными покрытиями (для аэродромов класса А, Б, В, Г – Dl=400 м, Д – Dl=250 м; Е – Dl=0); б – аэродромы, не имеющие искусственных покрытий на летной полосе; 1 – концевая полоса безопасности; 2 – боковая полоса безопасности; 3 – рабочая часть грунтовой летной полосы

а) на аэродромах классов А, Б и В международных и внутренних воздушных линий ГВПП устраивают обычно вдоль основных ИВПП и используются они как запасные на случай выхода из строя ИВПП (например, при обледенении поверхности ИВПП);

б) на аэродромах местных воздушных линий классов Г, Д и Е, не имеющих ИВПП, ГВПП является единственным элементом летного поля, обеспечивающим посадку и взлет самолетов. Если на летном поле аэродромов этих классов создана ИВПП, ГВПП устраивают как запасную;

в) на запасных аэродромах всех видов воздушных трасс, предназначенных для непредвиденных посадок и последующих взлетов самолетов;

г) на аэродромах специального применения авиации (сельскохозяйственной, обслуживающей лесное хозяйство, аэрофотосъемочной и т. п.).

Таким образом, в зависимости от класса и назначения аэропорта ГВПП должны отвечать требованиям обеспечения взлета и посадки всех типов самолетов гражданской авиации.

Технические условия на аэропорты гражданской авиации содержат требования к элементам ГВПП (размерам, уклонам поверхности и т.п.) с учетом типа самолета, являющегося расчетным (максимальным) для данного аэропорта или аэродрома специального применения авиации. Требования к элементам ГВПП несколько отличаются от требований к ИВПП, что объясняется особенностью свойств грунтов и методов строительства площадок из грунта. При проектировании ГВПП учитывают свойства местных грунтов, климатические, гидрологические и топографические условия района строительства, а также режим полетов самолетов на аэродроме.

Мелкозернистые грунты (пески, супеси и суглинки с органическими примесями) поверхностных слоев обладают сравнительно малой механической прочностью даже при наиболее благоприятных условиях, т.е. при оптимальной влажности и после интенсивного их уплотнения. Поэтому поверхность ГВПП под воздействием самолетов и природных факторов неизбежно с большей или меньшей интенсивностью разрушается. После прохода колес самолета на поверхности грунта образуются колеи, углубляющиеся при повторных проходах по одному следу.

При кратковременном воздействии потока газов двигателей самолета частицы поверхностного слоя грунта поднимаются в воздух, образуя пыльное облако. При длительном воздействии газов от реактивных двигателей на стоянке и старте при взлетном режиме, кроме образования облака пыли, возможно перемещение пласта грунта толщиной в несколько сантиметров на несколько метров. Поверхность размывается при стоке дождевых и талых вод, развевается ветром. Зимой образуются взбугривания, весной возникают просадки сильно водонасыщенных взбугриваний.

В связи с малой прочностью и износостойкостью грунта необходим систематический ремонт ГВПП. При интенсивной работе самолетов нужен систематический ремонт поверхности в перерывах между полетами после 100, а иногда и 20 взлетов и посадок самолетов (в зависимости от типа самолетов и состояния грунтов). При эпизодических (одиночных) взлетах и посадках самолетов на запасных ГВПП ремонт проводится не реже 2 раз в год – весной и осенью. С целью уменьшения накопления деформаций грунта – колей от колес самолета и выдувания потоками воздуха двигателей – при систематических полетах рекомендуется менять место старта по ширине летной полосы. Поэтому ГВПП устраивают, как правило, шире ИВПП. Длительное воздействие потока газов от реактивных двигателей на стартовых участках ГВПП должно быть исключено.

Сопротивление качению авиаколес по грунту в связи с затратой работы на деформирование грунта (образование колей) больше, чем при качении по недеформирующейся поверхности искусственного покрытия. Сцепление шин авиаколес с мокрым суглинистым грунтом меньше, чем с мокрым искусственным покрытием. Поэтому для одинаковых условий (местных атмосферных) и характеристики расчетного самолета длина ГВПП должна быть несколько больше, чем ИВПП с искусственным покрытием.

Эксплуатационные качества ГВПП могут резко изменяться в течение года в связи с погодными условиями. В сухие периоды года летные полосы на связных грунтах обладают достаточной прочностью для движения всех современных самолетов гражданской авиации. При наличии хорошо развитого дернового покрова и малой интенсивности полетов пылеобразование может быть незначительным. Движение самолета по замерзшему грунту (очищенному от снега) также не вызывает особых осложнений.

Однако в периоды увлажнения грунта весной и осенью, а также после затяжных дождей летом прочность грунтов снижается и иногда настолько, что колеса самолета увязают, образуя глубокие колеи, вследствие чего полеты становятся невозможными. В ряде случаев значительные осложнения движению самолетов оказывает загрязнение шасси, фюзеляжа и планера самолета разжиженным грунтом, выбрасываемым колесами из колей. Куски грунта могут попадать в двигатели самолета. Период резкого снижения прочности грунта называется распутицей. В Беларуси резко выражены весенняя и осенняя распутицы, а в дождливые годы, также и кратковременные летние.

Для уменьшения размокания грунта при проектировании ГЛП необходимо:

а) выбирать участки без пониженных мест, хорошо проветриваемые, без близкого расположения вод и верховодки (ближе 1,5-2,0 м от поверхности в весеннее и осеннее время);

б) придавать повышенные уклоны поверхности ГВПП для быстрого стока атмосферных вод. Продольный уклон должен быть не менее 0,005, а поперечный – в пределах от 0,05 до 0,025;

в) в период строительства и в процессе эксплуатации уплотнять грунт на всей рабочей площади ГВПП на глубину 1/3-1/4 от глубины промерзания. Степень уплотнения грунта должна быть 0,95. Для уплотнения грунта рекомендуется применять тяжелые катки с регулируемым давлением в шинах;

г) осуществлять осушение грунтов и ускоренный водоотвод на летном поле с помощью устройства нагорных канав, тальвежных колодцев и осушителей для отвода воды из пониженных участков рельефа ГВПП, а также экранирующих дрен для отвода потока грунтовых вод;

д) предусматривать создание дернового покрова из многолетних травосмесей с учетом климатических и почвенных условий района строительства аэродрома и обеспечивать в процессе эксплуатации уход за дерновым покровом (подкормка, подсев, покос и т.п.).

Малая связность и низкая механическая прочность местного грунта как строительного материала сказывается также на требованиях к геометрическим формам общего рельефа и допускам на качество рельефа поверхности ГВПП (в том числе микрорельефа). При сооружении грунтовых летных полос не представляется возможным создать поверхность в виде сочетания геометрически четких и ровных плоскостей, как это предусматривается для ИВПП с искусственными покрытиями.

Поверхность ГВПП представляет собой сочетание криволинейных (плавных) поверхностей с образующим радиусом кривизны в каждой точке в несколько километров. При строительстве ГВПП при помощи комплекта землеройных, планировочных и уплотняющих машин заданная в проекте плоскость получается в виде волнистой поверхности, отклоняющейся от проектной в ту и другую стороны. Эти отклонения на интервалах между точками от 5 до 20 м (местный рельеф) при строительстве ГВПП допускаются соответственно от 10 до 20 см (для ИВПП эти допуски ниже); выступы (впадины) микрорельфа ГВПП под 3-5 м рейкой допускаются в 5 см (для ИВПП просветы под рейкой значительно меньше).

В процессе эксплуатации ровность ГВПП ухудшается. Эксплуатационные допуски на качество местного рельефа ГВПП в 1,5-2,0 раза больше указанных выше строительных. Неровности поверхности ГВПП в сочетании с неодинаковой деформируемостью грунта под колесами самолета создают при взлетах и посадках динамические нагрузки на конструкцию и оборудование самолетов. Срок службы конструкции самолета при систематических полетах с ГВПП снижается по сравнению с условиями полетов с ИВПП, имеющих твердые покрытия. Степень снижения срока службы зависит от характеристик амортизационных систем шасси самолета. Изложенные особенности грунтовых летных полос делают их непригодными для обеспечения регулярных и интенсивных полетов современных дальних и скоростных транспортных самолетов гражданской авиации.

ГВПП как запасные полосы могут обеспечить при определенных условиях лишь одиночные взлеты и посадки этих типов самолетов. Для регулярных полетов с малой интенсивностью самолетов, обслуживающих местные воздушные линии, устраивают так называемые улучшенные грунтовые взлетно-посадочные полосы.

Некоторую особенность имеют грунтовые летные полосы на полях колхозов и совхозов для самолетов сельскохозяйственной авиации. Самолеты сельскохозяйственной авиации типа Ан-2 и Ан-2М, обладают хорошей проходимостью по грунту (требуемая прочность грунта для взлетов и посадок с максимальным взлетным весом составляет 0,4 МПа и более). Но практика показала, что для своевременного проведения весенней агрохимической обработки полей проходимость этих машин на слабоподготовленных площадках колхозов и совхозов оказывается недостаточной.

Коренного улучшения условий эксплуатации самолетов на грунтовых полосах аэродрома можно добиться только устройством покрытий облегченного типа. Некоторого сокращения продолжительности нелетного периода можно достичь, создав хороший дерновый покров и улучшив планировку аэродромов, в частности, устранив нее места, где возможен застой воды.

Дерновый покров представляет собой верхний слой почвы, густо заросший и скрепленный корнями многолетних трав. Это увеличивает несущую способность грунта, уменьшает его размокаемость, пылеобразование на аэродроме, способствует сокращению периода весенней распутицы. Дерновый покров на ЛП должен выдерживать нагрузку от колес самолетов с внутренним давлением в шинах 0,5-0,7 МПа без образований колей глубже 3-5 см, обладать по возможности однородной структурой и плотностью почвы на всей рабочей площади поля, иметь равномерный и густой травостой.

В зависимости от мощности дернина подразделяется на следующие виды: слабая – при толщине дернового пласта до 6 см; средняя – от 6 до 11 см; мощная – толщина превышает 11 см. Дерновый покров на аэродромах должен иметь толщину пласта не менее 6-7 см. На аэродромах, эксплуатирующихся самолетами с реактивными двигателями, дернина должна быть устойчивой и быстро восстанавливаться после ожогов струей горячих газов из сопла двигателей.

Для повышения устойчивости дернового покрова против выгорания производится специальный подбор трав-задернителей. Лучшими травами-дернообразователями являются луговые злаки с примесью (до 25%) бобовых растений, которые совместно создают мощную систему корней и корневищ, густо пронизывающих верхний слой почвы (злаки) и связывающих его с нижележащими слоями (бобовые). Лучшим задернителем по совокупности признаков является мятлик луговой.

Лучшие почвы для создания прочного дернового покрова – высокоплодородные супесчаные и легкие суглинистые, имеющие прочную мелкокомковатую структуру. Содержание гумуса в почве не должно превышать 4-8%, так как гумус, как и глина, резко снижает водопроницаемость почвы. Летное поле с повышенным содержанием гумуса имеет пониженную несущую способность грунтового покрытия. Реакция почвы должна быть слабокислая или слабощелочная.

Во избежание преждевременной гибели трав необходимо строго соблюдать режим эксплуатации дернового покрова на грунтовых аэродромах.

Для предотвращения поломок самолетов, выкатывающихся за пределы ВПП в результате отказа тормозов самолета, ошибок пилота и скользкости, применяют тормозные устройства двух типов: грунтовые площадки или аварийные установки (АТУ).

Грунтовые тормозные площадки – это ряд чередующихся по длине концевой полосы безопасности участков различной протяженности, перепаханных на различную глубину, увеличивающуюся по мере удаления от торца ВПП (рис. 42).

Рис. 39.31. Схема тормозной площадки: 1 – песчаный вал; 2 – участок с разной глубиной вспашки; 3 – участок задерненного грунта; 4 – взлетно-посадочная полоса

В конце тормозной площадки устраивают песчаную насыпь для остановки самолета в том случае, если он не будет заторможен на участках, вспаханных до глубины 30 см. На участке разрыхленного грунта возрастает сопротивление качению самолета и гасится кинетическая энергия. Недостаток грунтовых тормозных площадок – необходимость частого боронования и периодического вспахивания для поддержания грунта в рыхлом состоянии, а также ограниченная пригодность для работы в зимнее время.

Более удобны аварийные тормозные установки (АТУ), располагаемые на концевых полосах безопасности и обеспечивающие остановку самолета на участке в 50-150 м. Аэродромные тормозные установки имеют две основные части: приемную и тормозную. Приемной частью захватывают самолет с помощью тросов или различного рода сеток (рис. 39.32). Тормозная часть установки работает с помощью цепных гидравлических или фрикционных устройств, управление которыми может быть ручное или автоматическое.

Рис. 39.32. Аварийно-тормозная установка (АТУ)