CC BY
7
УДК 614.83
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-264-267
ОПЫТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ СТЕПЕНИ ЗАЩИТЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Я.Н. Гусеница, О.Д. Хайбуллов, Ю.А. Загрутдинов, Е.А. Скорик
В данной работе предложен метод опытно-теоретического исследования степени защиты специальных сооружений. Представлена модель, позволяющая оптимизировать дополнительную защиту специальных сооружений от ударной воздушной волны по критерию минимальной стоимости. Предложен испытательный стенда для исследования коэффициента затухания волны сжатия в сыпучих и деформируемых материалах. Определены перспективы дальнейшего развития представленного направления научных исследований.
Ключевые слова: специальное сооружение, степень защиты, модель, испытание, коэффициент затухания, материал.
Современный этап геополитической обстановки Российской Федерации требует выполнения мероприятий по усилению охраны общественного порядка и обеспечению общественной безопасности, охраны военных, важных государственных и специальных объектов, объектов, обеспечивающих жизнедеятельность населения, функционирование транспорта, коммуникаций и связи, объектов энергетики, а также объектов, представляющих повышенную опасность для жизни и здоровья людей и для окружающей природной среды.
Данная тенденция определяет необходимость повышения степени защиты специальных сооружений (СС) к внешним воздействующим факторам.
Основной формой оценки соответствия СС требованиям степени защиты являются испытания. Однако, спецификой современных испытаний является их значительная продолжительность, сложность, трудоемкость и высокая стоимость, наличие ограничений по воспроизведению всего комплекса условий функционирования испытываемого объекта [1]. Поэтому в настоящее время наблюдается тенденция к сокращению продолжительности испытаний.
Одним из подходов к разрешению указанных выше трудностей является применение, так называемого опытно-теоретического метода [1-11], который предполагает проведение расчетов на математических моделях объекта испытаний в сочетании с натурными экспериментами. При этом результаты натурных экспериментов используются в качестве исходных данных для моделирования, а также для проверки правильности объекта испытаний.
Целью настоящей статьи является разработка опытно-теоретического метода исследования степени защиты СС.
Модель дополнительной защиты СС от ударной воздушной волны. Для оптимизации дополнительной защиты СС от ударной воздушной волны по критерию минимальной стоимости разработана математическая модель [12]:
г (515..,5я ) = £с, 5,£, (1)
¿=1
где С, - стоимость единицы объема ,-го материала; 5, - высота слоя дополнительной защиты ,-го материала; £ - площадь требуемой дополнительной защиты.
Целевая функция (1) имеет ограничения.
Первое ограничение учитывает требуемую степень защиты АРтр объекта и изменение исходной
п п
степени защиты АРисх за счет положительного У АРдош- и негативного У р,5, вклада дополнительной
1=1 1=1 защиты, обусловленных сочетанием материалов:
п п
АР + УАР .-У р.5. > АР , (2)
исх / - доп, / -п , тр ' 4 '
1=1 1=1
где АРдоп, - дополнительная защита ,-го материала; р, - плотность ,-го материала.
При этом для получения значений АРдош на примере арочного котлованного обсыпного сооружения может использоваться формула, приведенная в [13]:
АР , =
доп,
10
0,05
,-1 я А
Г + 5исх + У Т 1= к )
(3)
где 5исх - исходная толщина защитного покрытия СС; га - внутренний радиус кривизны арочного свода; кз, - коэффициент затухания ,-го материала.
Второе ограничение учитывает допустимую нагрузку на CC в зависимости от сочетания материалов толщи обсыпки:
IР,А <кяАР^
¿=1
где кд - коэффициент допустимой нагрузки на СС.
С учетом представленных особенностей модели конечный результат можно получить путем поиска оптимального состава дополнительной защиты для каждого у-го участка СС отдельно. В формализованном виде данная задача будет выглядеть следующим образом:
x* = arg min f (x);
х<=-аа
А.р = {а | АРисх + £ АРдоп р,5, > АРтр;£р,5, < кдАРжх;х = {5,},i = In ) L ,=1 ,=i ,=i
Испытательный стенд для исследования коэффициента затухания волны сжатия в сыпучих и деформируемых материалах. В представленной выше модели в обеспечении требуемой степени защиты СС ключевое значение оказывает коэффициент затухания ,-го материала. Данный коэффициент характеризует потерю энергии волной сжатия из-за пространственного расширения и деформации грунтового пространства, т.е. затухание волны сжатия с расстоянием.
Значение коэффициента зависит от физико-механических свойств материала защитной толщи, в том числе угла внутреннего трения, удельного сцепления, модуля деформации и коэффициента поперечной деформации.
В качестве защитной толщи может использоваться морской или речной песок, щебень или гравий различных фракций, керамзит, керамические микросферы, пенобетон, полиуретановые эластомеры, а также различные их сочетания [14-16].
Значение коэффициента затухания для каждого материала предлагается определять на основе натурного эксперимента. С этой целью разработан испытательный стенд, принципиальная схема которого представлена на рис. 1.
Открытый короб 4 заполняется исследуемым материалом до заданной высоты (толщины) исследуемым сыпучим (деформируемым) материалом. Ударная плита 1, закрепленная на маятнике 2, посредством воздействия пружины из вертикального положения приводится в движение и производит удар по поверхности образца. Формируемая при этом волна сжатия распространяется по объему исследуемого образца и фиксируется пьезо-датчиками 5 на дне короба 4. Информация с датчиков передается через программируемый контроллер (Arduino) на ЭВМ.
Простота конструкции испытательного стенда обеспечиват высокую точность и воспроизводимость измерений. При этом для повышения достоверности испытаний может быть увеличено количество первичных измерительных преобразователей.
Полученные экспериментальные данные могут быть использованы в выражении (3) для определения необходимой толщины дополнительной защиты СС из любого исследуемого материала:
К = f ( Свх,- Л X ,■ ,Свых,- ) ,
где сВи - величина волны сжатия входная (на поверхности) ,-го материала, кгс/см2; ^ - тип ,-го материала; Свых! - величина волны сжатия выходная (на дне короба) /-го материала, кгс/см2.
Рис. 1. Принципиальная схема испытательного стенда для исследования коэффициента затухания волны сжатия в сыпучих и деформируемых материалах: 1 - ударная плита; 2 - маятник ударной плиты; 3 - пружина, определяющая силу удара; 4 - открытый короб, наполняемый исследуемым материалом; 5 - пьезо-датчики для измерения параметров волны сжатия
Заключение. Таким образом, опытно-теоретический метод исследования степени защиты специальных сооружений позволяет на этапе предварительного проектирования СС определить оптимальные состав и массогабаритные характеристики защитной обсыпки.
265
При этом метод может быть использован для:
определения оптимального состава и характеристик дополнительной обсыпки существующих
СС;
формирования тактико-технических требований при создании новых СС.
Дальнейшим направлением развития полученных результатов может стать разработка информационно-справочной системы для поддержки принятия конструктивно-технологических решений обеспечения требуемой степени защиты СС.
Список литературы
1. Аксенов О.Ю. и др. Системы ракетно-космической обороны. В 4 томах. Т. IV: Основы испытаний сложных технических систем и объектов. М.: Издательский дом «Аргументы недели», 2020. 480 с.
2. Александровская Л.Н., Кириллин А.В., КерберяО.Б., Иосифов П.А. Один подход к сокращению объема натурных испытаний при отработке сложных технических систем // Труды ФГУП «НПЦАП». Системы и приборы управления. 2018. № 3. С. 59-63.
3. Арсеньев В.Н., Дубинин Д.П. Обоснование метода оценивания характеристик сложных систем при ограниченном числе натурных испытаний // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2020. № 2(146). С. 30-36.
4. Козлов Н.Н., Красный В.П., Решетников А.В. Особенности современной методологии испытаний систем вооружения воздушно-космической обороны // Военная мысль. 2015. № 6. С. 42-50.
5. Кофман В.М. Методология и опыт экспериментально-расчетного определения показателей газодинамической эффективности узлов газотурбинных двигателей и их узлов по результатам испытаний. Уфа: УГАТУ, 2014. 182 с.
6. Леонов А.И. и др. Испытания РЛС. Оценка характеристик; под ред. А.И. Леонова. М.: Радио и связь, 1990. 207 с.
7. Миронов В.И. Эффективность, надежность и испытания систем управления. М.: МО СССР, 1981. 200 с.
8. Найденов В.Г., Щукин А.Н. Методика планирования и проведения натурных экспериментов экстремального типа для реализации эффективной стратегии испытаний сложных информационно-управляющих систем // Вооружение и экономика. 2012. № 5(21). С. 31-41.
9. Смагин В.А. Физико-вероятностные модели прогнозирования надежности изделий на основе форсированных испытаний // Надежность и контроль качества. 1998. № 4. С. 15-23.
10. Шаракшанэ А.С., Железнов И.Г. Испытания сложных систем. М.: Высшая школа, 1974.
184 с.
11. Джинчвелашвили Г.А. и др. Идентификация расчетных моделей при динамических воздействиях. М.: Лира софт, 2018. 300 с.
12. Гусеница Я.Н., Загрутдинов Ю.А., Ржавитин В.Л. Определение оптимального состава дополнительной защиты объектов линейного типа от ударной воздушной волны при наименьших затратах // Строительство и техногенная безопасность. 2019. № 14 (66). С. 29-34.
13. Сурин Д.В. Специальные фортификационные сооружения. СПб.: МО РФ, 2010. 429 с.
14. Сычева А.М., Каменев Ю.А., Мачнев С.А. Неавтоклавный пенобетон для искусственных податливых элементов защиты конструкций специальных фортификационных сооружений // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2020. № 5-6 (143144). С. 121-127.
15. Сычева А.М., Сватовская Л.Б., Старчуков Д.С., Соловьева В.Я., Гравит М.В. Повышение качества бетона в монолитной обойме // Инженерно-строительный журнал. 2018. № 4 (80). С. 3-14.
16. Яковлев С.Н., Мазурин В.Л., Виброизолирующие свойства полиуретановых эластомеров, применяемых в строительстве // Инженерно-строительный журнал. 2017. № 6 (74). С. 53-60.
Гусеница Ярослав Николаевич, канд. техн. наук, начальник научно-исследовательского отдела, era_otd1@mil.ru, Россия, Анапа, Военный инновационный технополис «ЭРА»,
Хайбуллов Олег Дамирович, канд. воен. наук, заместитель начальника Военного инновационного технополиса «ЭРА», mil_era1@mil.ru, Россия, Анапа, Военный инновационный технополис «ЭРА»,
Загрутдинов Юрий Александрович, канд. техн. наук, старший преподаватель, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Скорик Евгений Анатольевич, преподаватель, vmeda-na@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова
EXPERIMENTAL AND THEORETICAL METHOD OF STUDYING THE DEGREE OF PROTECTION FOR
SPECIAL FACILITIES
Ya.N. Gusenitsa, O.D. Khaibullov, Yu.A. Zagrutdinov, E.A. Skorik
This paper proposes a method for experimental and theoretical study of the degree of protection of special structures. A model is presented that allows optimizing the additional protection of special structures from air shock waves according to the minimum cost criterion. A test bench is proposed for studying the attenuation coefficient of a compression wave in loose and deformable materials. The prospects for further development of the presented area of scientific research are determined.
Key words: special construction, degree of protection, model, test, attenuation coefficient, material.
Gusenitsa Yaroslav Nikolaevich, candidate of technical sciences, head of research department, era_otd1@mil.ru, Russia, Anapa, Military Innovative Technopolis «ERA»,
Khaibullov Oleg Damirovich, candidate of military sciences, deputy head of the Military Innovation Technopolis «ERA», mil_era1@mil.ru, Russia, Anapa, Military Innovation Technopolis «ERA»,
Zagrutdinov Yury Aleksandrovich, candidate of technical sciences, senior lecturer, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Skorik Evgeny Anatolyevich, lecturer, vmeda-na@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Medical Academy named after S.M. Kirov
УДК 535.4; 681.787
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-267-272
ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРИТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВОЗДУШНОГО СУДНА ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫМИ
ЖИДКОСТЯМИ
Г.А. Костин, Т.А. Черняк, Е.Е. Майоров, В.В. Курлов, И.С. Таюрская
Статья посвящена интерферометрическим исследованиям критических поверхностей воздушного судна после обработки противообледенительными жидкостями. Работа перспективна и актуальна, так как получение достоверных, высокоинформативных и высокоточных данных по чистоте критических внешних поверхностей корпуса ВС является важнейшей задачей от которой зависит безопасность полетов. Объектом исследования была передняя кромка крыла, после двухэтапной обработки Safewing MP-IVLAUNCHIV и ПОЖ ТИПIV. В качестве измерительного прибора использовался разработанный интерферометр, который был построен по схеме Майкельсона. Получены экспериментальные результаты измерений оптического параметра (коэффициента отражения (R, %)) для разных состояний критической поверхности. Исследовались следующие участки критической поверхности: абсолютно чистой поверхности, до предполетной обработки противообледенительными жидкостями, после предполетной обработки противообледенительными жидкостями.
Ключевые слова: интерферометр, воздушное судно, коэффициент отражения, противообледенительные жидкости, аэропорт, критическая поверхность.
В современных условиях эксплуатации летательных аппаратов для обеспечения безопасности полетов важное место занимает предполетная подготовка воздушного судна (ВС), а именно противооб-леденительная защита [1, 2]. В некоторых воздушных гаванях России технические службы аэропорта на постах обработки сталкиваются с проблемой подбора противообледенительных жидкостей (ПОЖ) по составу, режиму использования в соответствии с техническими требованиями, для определенных погодных условий [3, 4]. Технические службы аэропорта обязаны обеспечить с помощью различных ПОЖ качественную защиту внешних поверхностей, включая критические поверхности, от разного рода осадков, обледенения без нанесения побочных эффектов корпусу ВС [5, 6]. Технические средства и ПОЖ имеют относительно высокую стоимость, кроме того, в составе некоторых ПОЖ находятся токсичные многоатомные спирты, такие как этиленгликоль, диэтиленгликоль, которые негативно влияют на окружающую природу и создают дополнительные природоохранные проблемы [7, 8].
Процентное содержание этих спиртов в ПОЖ, температура, расход при нанесении на корпус ВС определяется погодными условиями аэропорта [9, 10]. В настоящее время в аэропортах на стационарных постах обработки применяют три типа ПОЖ (ТИП I, ТИП II, ТИП IV) для аппаратов российского производства. Для иностранных лайнеров Boeing, Airbus применяют ПОЖ, например, Safewing MP-II FLIAT или Safewing MP-IV LAUNCH IV [11, 12]. Обработка корпуса ВС с помощью ПОЖ ведется в несколько этапов, как правило, на первом этапе удаляется осадки или обледенение с внешних и критических поверхностей при определенных температурах на выходных форсунках (60 °С и выше). Оставщаяся жидкость формирует защитную пленку от дальнейшего образования снежно-ледяных отложений. На втором этапе обработке защищают критические поверхности летательного аппарата нанося на них более концентрированный раствор. Иногда, при обработке больших площадей поверхности корпуса и при высокоинтенсивных осадках технические службы прибегают к третьему этапу с применением различных по составу и концентрации ПОЖ.
