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.