ГЛАВА 6. ГРУНТОВЫЕ, СНЕЖНЫЕ И ЛЕДОВЫЕ АЭРОДРОМЫ.

6.1. ГРУНТОВЫЕ АЭРОДРОМЫ.

Грунтовые аэродромы используются в труднодоступных, малоосвоенных районах страны, как для пассажирских, так и для грузовых самолетов. Кроме этого, на всех аэродромах страны, запроектированных, и построенных до 1990 года имеется рядом с ИВПП, также грунтовая ГВПП, предназначенная для малой авиации и как запасная для всех типов самолетов в случаях закрытия основной ИВПП. Размеры таких ГВПП следующие: длина – на 10% больше смежной длины ИВПП, ширина – 100м. Длина увеличена из–за образования колеи от колес самолетов, что увеличивает длину разбега. Ширина увеличена также из–за образования колеи, для возможности изменять линию взлета, каждый раз - с нового старта.

Грунтовые аэродромы и вертодромы используются также для выполнения различных авиационных работ [6].

Примерная схема генплана такого аэродрома приведена на рисунке 6.1.

Рис.6.1.Схема аэродрома для выполнения авиационно-химических работ:

1-КПТ; 2-БПБ; 3-грунтовая полоса; 4-ИВПП; 5-РД; 6-склад ядохимикатов; 7-резервуары для растворов ядохимикатов; 8-загрузочная площадка; 9-МС; 10-склад минеральных удобрений; 11-служебное здание; 12-пожарный сарай; 13-пожарный водоем; 14-общежитие; 15-скважина (колодец); 16-топливохранилище.

Для обеспечения нормальных условий эксплуатации и безопасности взлетно – посадочных операций к грунтовым аэродромам предъявляются следующие требования:

- Отсутствие препятствий на приаэродромной территории и в воздушных

подходах самолетов.

- Рельеф с допустимыми уклонами и ровность поверхности.

- Прочность грунта и допустимая глубина колеи от колес.

- Плотность грунта.

- Наличие дернового покрова.

Требования к приаэродромной территории, где должны отсутствовать воздушные препятствия, приведены на рисунке 6.2.

Требования к рельефу поверхности (продольным и поперечным уклонам, радиус кривизны) приведены в таблицах 6.1 и 6.2.

Таблица 6.1

Таблица 6.2

А) Общая схема ограничения воздушных препятствий

Б) Продольный и поперечный разрезы

Рис.6.2. План приаэродромной территории и разрезы полосы

воздушных подходов:

1-полоса воздушных подходов; 2-переходная плоскость с уклоном 1:15 от боковых границ ПВП до высоты 200м; 3-переходная плоскость с уклоном 1:15 от горизонтальной плоскости с высоты 50м до высоты 200м; 4-переходная плоскость с уклоном 1:8 от боковой границы ПВП до высоты 50м; 5-переходная плоскость с уклоном 1:8 от боковых границ ЛП с высоты 2.5 до 50м; 6-летная полоса; 7-горизонтальная линия на высоте 50м; 8-ГВПП.

Ровность поверхности оценивается по просвету над 3-х метровой рейкой в любых направлениях ГВПП, которое не должно быть более 10 см.

Коэффициент уплотнения грунта: на основных участках ГВПП (старта, МС, РД) – не менее 0,95 (для сыпучих и песчаных грунтов) и не ниже 1,00 (для глинистых грунтов); на средних участках ГВПП, соответственно, не ниже 0,90 и 0,98. На остальной площади ЛП – не менее 0,80 и 0,88.

Прочность грунта – для различных типов самолетов указана в Руководствах по летной эксплуатации (РЛЭ). Ориентировочные значения приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3

Требуемая прочность и допустимая глубина колеи

от колес самолетов на грунтовых аэродромах.

Согласно «Руководства по эксплуатации гражданских аэродромов» прочность грунта устанавливается ударником У – 1, схема которого приведена на рисунке 6.3.

Рис.6.3. Конструкция ударника У – 1, для установления прочности грунта.

1 – наконечник; 2 – гиря массой 2,5кг; 3 – штоку.

Глубина колеи в зависимости от прочности грунта может быть определена по графикам на рисунке 6.4.

Рис.6.4. Расчетная глубина колеи от проезда колесных шасси самолетов в зависимости от прочности грунта.

Для повышения прочности, стабильности и беспыльности грунтовых аэродромов необходимо устраивать дерновой покров. Показатели качества дернового покрова приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4

Требуемые показатели качества дернового покрова

на грунтовых аэродромах.

6.2. СНЕЖНЫЕ АЭРОДРОМЫ

Россия – снежная страна, около половины ее территории покрыта снегом в течение 4 – 10 месяцев, особенно в Арктике, на Крайнем Севере, в Сибири, на Дальнем Востоке. Именно в этих труднодоступных, малоосвоенных районах еще слабо развита транспортная система (железнодорожный и автомобильный транспорт).

В таких районах крайне необходим воздушный транспорт, но для этого вида транспорта нужны аэродромы. Наиболее доступные и экономичные для оперативной подготовки зимой– это снежные аэродромы. К этой классификации аэродромов относятся совершенно разные аэродромы.

Классифицированные аэродромы в России с ИВПП содержатся зимой одним из 2х методов:

1) Очисткой от снега (при незначительном снегонакоплении, эксплуатации тяжелых самолетов, наличии снегоуборочной техники в достаточном количестве).

2) Уплотнением снега (при значительном снегонакоплении и отсутствии или недостаточном количестве снегоуборочной техники), если более экономично уплотнение снега, чем очистка от снега.

6.2.1. На прочных основаниях (мерзлый грунт, ИВПП).

Имеющиеся на классифицированных аэродромах России грунтовые ВПП содержаться, как правило, методом уплотнения снега. Основной особенностью ИВПП и ГВПП зимой, содержащихся и эксплуатируемых методом уплотнения снега, является наличие тонкого слоя снега (толщиной не более 10см), обеспечивающего ровность и мягкость поверхности ИВПП, ГВПП. Несущая способность на таких аэродромах обеспечивается нижележащим высокопрочным основанием из покрытия ИВПП или мерзлого грунта ГВПП (рис.6.5.).

Рис. 6.5. Поперечный разрез летной полосы со снежным покрытием на прочном основании

1-переходные полосы (полосы сопряжения); 2-покрытие из уплотненного снега; 3-ширина ГВПП; 4-снеговой покров

Поэтому такие аэродромы правильнее называть не снежными, а «заснеженными».

Общие требования к таким аэродромам, в принципе, аналогичны требованиям к тем аэродромам, на которых они расположены (ограничения воздушных препятствий, размеры, рельеф поверхности). Требуемая длина СВПП равна длине ГВПП или на 10% длиннее ИВПП. Требования по прочности снега приведены в табл.6.5.

Таблица.6.5

Требуемая прочность снега на аэродромах с ИВПП или ГВПП

с прочным основанием

Прочность снежного покрытия устанавливается испытанием твердомером НИАСа, конструкция которого приведена на рисунке 6.7. Рабочим органом является конус твердомера, вдавливаемый в снег весом оператора. Поэтому правильнее назвать устанавливаемый показатель не прочностью (или даже иногда и несущей способностью), а «твердостью». На рисунке приведен график зависимости «прочности», т.е. твердости снега от глубины погружения конуса твердомера.

6.6.2. Аэродромы на глубоком снегу (в Арктике, Антарктике).

В отличие от заснеженных аэродромов, приведенных выше, на Земном шаре (в Антарктике, Гренландии) создаются полностью снежные аэродромы, на которых покрытие и основание на большую глубину состоят только из упрочненного снега, так как других строительных материалов нет, а лед расположен на глубине нескольких десятков или сотен метров и не оказывает положительного влияния на несущую способность и эксплуатационную пригодность таких аэродромов.

Автор учебника является разработчиком методов проектирования, строительства и эксплуатации таких аэродромов в Антарктиде, где в течение нескольких десятилетий СССР, а затем и Россия, ведет крупномасштабные научные исследования этого малоизученного континента, открытого в 1820-21гг. русскими мореплавателями Беллинсгаузеном и Лазаревым. В настоящее время, когда уже Луна интенсивно изучается, изучение и освоение Антарктиды является весьма актуальным. Работа Советских, а затем Российских экспедиций (САЭ, РАЭ) в Антарктиде обеспечивается морским и воздушным транспортом, связывающими Россию с Антарктидой и внутриконтинен- тальными станциями (Прогресс, Восток, Молодежная, Мир). (Рис.6.8).

Морской транспорт используется преимущественно для грузовых перевозок, в этом его преимущество. Но значительными недостатками являются длительность пути (40 дней), невозможность преодолеть в начале летнего сезона мощный ледовый покров, шириной до 200км, окружающий Антарктиду и невозможность преодолеть «ледовый плен». Поэтому необходим воздушный транспорт. Но в России отсутствуют самолеты с колесно-лыжным шасси для обеспечения возможности взлета в России, Европе, Африке на колесах, и посадки в Антарктиде на лыжах на глубокий снежнозерновой покров огромного ледника высотой до 3600м.

а) Твердомер НИАСа

1 –конус

2-площадка для ступни

3-вертикальная стойка

4-вертикальная доска-упор

б) Зависимость твердости от глубины погружения конуса.

Рис.6.7. Твердомер НИАСа для установления твердости снега (а) и зависимость твердости от глубины погружения в снег конуса твердомера (б).

Рис.6.8. Карта мира с транспортными путями в Антарктиду и карта Антарктиды с расположением различных станций

Маршруты морского транспорта маршруты воздушного транспорта

- - - - - планируемые маршруты воздушного транспорта (ИЛ-76ТД) до станций Прогресс и Восток

Поэтому правительством СССР, а затем и России было поручено Арктическому и антарктическому институту (ААНИИ), Советской, а затем и Российской антарктической экспедиции (САЭ, РАЭ) и институту «ЛЕНАЭРОПРОЕКТ» ГА разработать теорию и создать в Антарктиде высокопрочные аэродромы для дальнемагистральных самолетов (таких как ИЛ – 18Д, ИЛ – 76ТД) с колесными шасси. Автор учебного пособия был научным руководителем этих работ, 4 раза был участником САЭ, проводил теоретические и натурные исследования на нескольких станциях в Антарктиде (Молодежная, Новолазаревская, Мирный, Восток, Комсомольская, База «Дружба, Союз, Прогресс».).

В результате многочисленных исследований установлены аэродромо-строительные свойства глубокого снежнозернового покрова (толщиной более 10 метров), закономерность распределения силовых сжимающих напряжений по глубине покрова от воздействия колесных шасси самолетов ИЛ – 18Д и ИЛ – 76ТД. Пример распределения напряжений по глубине покрова от воздействия на его поверхности самолета ИЛ – 76 ТД весом 150 – 170 т с колесным шасси приведен на рисунке 6.9.

Эпюра 1 показывает слабую прочность естественного снежнозернового покрова, эпюра 2 – величину действующих напряжений от воздействия колесных шасси самолета разного веса. Точка пересечения этих эпюр означает глубину активной зоны воздействия самолета и одновременно – требуемую глубину упрочнения снежного покрытия. Как видно из рисунка, упрочнение снега требуется в несколько раз.

Учитывая проблематичность такого упрочнения естественного снежнозернового покрова, целесообразно не устраивать не на всю толщину, равнопрочного покрытия, а ввести снижение требуемой прочности по глубине, огибая кривые напряженности 2,3,4. Получение ломаных линии 5 и 7 означает возможность упрощения создания 3х-слойного покрытия, со снижением требуемой прочности по глубине. Это особенно важно для реальности строительства, т.к. нижние слои на глубине 30 – 70см невозможно упрочнить (уплотнить) серийно выпускающимися механизмами, возможно только послойное уплотнение, слоями толщиной 20 – 30см.

Рассчитанные таким образом конструкции снежных покрытий на глубоком снежном основании, требуемые по несущей способности для нескольких типов самолетов с колесными шасси, приведены на рисунке 6.10.

Кроме того, автором, совместно с сотрудниками были разработаны и получены авторские свидетельства не изобретения каркасных конструкций покрытий повышенной несущей способности за счет чередования слоев из снегольда и менее прочных слоев из уплотненного снега. Горизонтальные слои и вертикальные прослойки (стыковочные ряды) повышенной прочности создаются совместным тепловым воздействием и механическим уплотнением. Для этого была изобретена и подготовлена в Красноярском институте снегоуплотняющая термовибрационная машина СТМ, в которой для тепловой обработки используются реактивные двигатели ВК-1, а а для механического уплотнения - виброплита.

В результате 10-летних исследований были разработаны и утверждены на уровне Министерства необходимые нормативные документы (Инструкция по проектированию, строительству и оценке эксплуатационной пригодности снежных и снежно-ледовых аэродромов Антарктиды. ВСН 37-76 МГА; Руководство по аэродромному обеспечению полетов самолета Ил-76ТД в Антарктиду, Инструкция по эксплуатации аэродромов Антарктиды и др.)

В 1980г. был построен под руководством автора первый в мире снежный аэродром(глубиной более 12м) на станции Молодежная и снежно-ледовый аэродром на станции Новолазаревская, что обеспечило возможность осуществления полетов самолета Ил-18Д из Москвы в Антарктиду, а с 1986г.- также самолета Ил-76ТД. Эта авиационная связь России с Антарктидой и между станциями в Антарктиде успешно действует по настоящее время (рис. 6.11.).

Рис.6.9. Расчетное воздействие самолета ИЛ-76 ТД на снежные аэродромы Антарктиды и нормы прочности покрытия по глубине.

1-прочность на сжатие естественного снежно-фирнового покрова в районе аэродрома (ст.Молодежная);

2-минимальное статистическое воздействие самолета ИЛ-76 ТД на стоянке, с взлетной массой 175т;

3-расчетное динамическое воздействие ИЛ-76 ТД при посадке с массой 135т;

4-расчетное динамическое воздействие ИЛ-76 ТД при взлете с массой 175т;

5-требуемая прочность покрытия для эпизодических полетов согласно «Инструкции по эксплуатации аэродромов Антарктиды», в т.ч. для взлетной массы 175т.

6-максимальное динамическое воздействие самолета ИЛ-76Т, принятое в «Руководстве по аэродромному обеспечению полетов самолета ИЛ-76Т в Антарктиду»;

7-максимальная требуемая прочность покрытия для регулярных полетов согласно «Руководства по аэродромному обеспечению полетов» и «Инструкции по эксплуатации аэродромов Антарктиды».

Рис.6.11. Самолеты ИЛ-18Д и ИЛ-76ТД на аэродроме станции Молодежная в Антарктиде, прибывшие из России.

Данный опыт строительства и эксплуатации аэродромов может быть использован для подготовки снежных аэродромов в России (Арктике, Крайнем Севере, Сибири), в районах с глубоким снежным покровом.

6.3. ЛЕДОВЫЕ АЭРОДРОМЫ

Ледовые аэродромы устраиваются на различных водоемах (реки, озера, бухты морей) и используются среднемагистральными и ближнемагистральными самолетами в течение 4 – 10 месяцев, в зависимости от района расположения аэродрома.

Основные требования к ледовым аэродромам такие же, как к грунтовым и снежным (свободность воздушного пространства, направление ЛП по господствующим ветрам, размеры, ровность поверхности, сцепление с колесами шасси или лыжами.)

Специфическое требование (аналогично аэродромам Антарктики) – это несущая способность ледового покрова, которая зависит от толщины льда, его типа (пресный или соленый), температуры, возраста.

Согласно «Руководства по эксплуатации гражданских аэродромов» требуемая толщина ледового покрова с учетом всех этих факторов приведена на рисунке 6.14.

Рис.6.14. Требуемая толщина льда в зависимости от массы ВС и характеристик льда:

1-пресноводный при температуре ниже минус 10⁰С; 2-морской, зимний период; 3-пресноводный при температуре от 0 до минус 10⁰С; 4-морской многолетний лед в зимний период; 5-морской однолетний лед в летний период.

Однако, необходимо иметь в виду, что ледяной покров не однороден и не равнопрочен по толщине. Он состоит из 3х слоев: прозрачного, светлого и мутного. Поэтому за расчетную следует принимать приведенную толщину, в которую входит:

H_пр = (h₁ + 0.5 h₂)K₁ K₂ (6.2)

где: h₁ – полная толщина нижнего чистого прозрачного слоя льда.

h₂ - толщина среднего мутного слоя льда.

k₁ – коэффициент учета структуры льда (при равновесной структуре k₁=1,0, а при игольчатой k₁=0,67).

k₂ – коэффициент учета температуры воздуха (при t≤0^o C k₂=1,0; при t>0^o C k₂=0,8).

Для контроля толщины и строения ледового покрова из него выбуривают цилиндрические керны (обычным кольцевым буром). Точки для контроля должны быть расположены:

- на стартовых участках ВПП, путях руления и МС – через 100 м.

-на среднем участке ВПП – через 200м.

Для обеспечения хорошего сцепления с пневмоколесами на льду устраивается тонкий слой снега или создается шероховатость различными способами.

При эксплуатации ледовых аэродромов необходимо обеспечить безопасное движение также обслуживающего наземного транспорта. Для этого толщина льда должна быть не менее значений приведенных в таблице 6.6.

Таблица 6.6

Минимальная толщина пресноводного льда в зависимости от вида нагрузки

и температуры воздуха