Оценка возможности посадки и взлёта вертолётов со льда


Авторы

Орехов А. В.*, Орехов К. А.**, Павилайнен Г. В.***, Трегулов Н. Д.****

Санкт-Петербургский государственный университет, Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034, Россия

*e-mail: a.orekhov@spbu.ru
**e-mail: orekonan@vk.com
***e-mail: g.pavilaynen@spbu.ru
****e-mail: mailto:4st077176@student.spbu.ru

Аннотация

В статье рассматривается задача гидростатики при изгибе ледяной тонкой пластины на упругом основании в случае сосредоточенной вертикальной нагрузки, моделирующей посадку и взлёт вертолетов и проводится расчёт необходимой толщины льда при посадке. Посадка и взлёт вертолёта со льда, с нашей точки зрения, является чрезвычайной ситуацией до тех пор, пока не будут проведены исчерпывающие натурные экспериментальные исследования и теоретические расчёты по изгибу ледяных пластин. При исследовании вертолётных площадок лёд рассматривается как плавающая пластина или балка. Практически эта задача согласуется с классической задачей Герца об изгибе круглой тонкой пластины при сосредоточенной вертикальной нагрузке в центре её верхней поверхности. Задача изгиба ледяной пластины решается в двух постановках. Сначала решается задача для защемленной по контуру пластины. Затем решается задача изгиба пластины на упругом основании. В качестве упругого основания предполагается наличие воды подо льдом. Оценивается влияние воды и ее подкрепляющий эффект. Математическое моделирование и расчет по методу конечных элементов проводится для двух случаев нагрузки. Сначала исследуется пластина, нагруженная в центре. Затем проводится исследование при нагрузке в трех точках, что соответствует реальной опоре вертолета на лед. Проводится сравнение феноменологической модели, построенной на основе экспериментальных данных, и математической модели, основанной на методе конечных элементов и реализованной в пакете прикладных программ ANSYS. Получено качественное совпадение результатов.


Ключевые слова:

изгибная жесткость, прочность, лёд

Библиографический список

  1. Ashton G.D. River and Lake Ice Engineering. Littleton, Colorado: Water Resources Publication, 1986. 276 p.
  2. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Программный комплекс для расчета аэродинамических характеристик несущих и рулевых винтов вертолетов на базе нелинейной лопастной вихревой теории // Труды МАИ. 2010. № 38. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=14148
  3. Игнаткин Ю.М., Константинов С.Г. Исследование аэродинамических характеристик несущего винта вертолёта методом CFD // Труды МАИ. 2012. № 57. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=30875
  4. Желонкин А.А. Построение и исследование в MSC.Adams динамической модели вертолета // Труды МАИ. 2011. № 65. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=35856
  5. Кручинин М.М., Кузьмин Д.А. Математическое моделирование копровых испытаний шасси вертолета // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=77093
  6. Аполлонов Д.В., Бибикова К.И., Гаврилова А.В., Шибаев В.М. Разработка алгоритмов автоматического завершения полета вертолета в чрезвычайной ситуации // Труды МАИ. 2021. № 120. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=161430
  7. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. - Москва: Наука, 1966. - 635 с.
  8. Гольдштейн Р.В., Осипенко Н.М. Механика разрушения льда и некоторые ее приложения // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: математика, механика, информатика. 2012. Т. 12. № 4. С. 41–47.
  9. Сазонов К.Е., Лукьянов С.В., Владимирова О.М. Основы физики морского льда. - СПб.: РГГМУ, 2023. - 148 с.
  10. ISO/FDIS 19906:2010(E). Withdrawal of International Standard. Petroleum and natural gas industries – Arctic offshore structures. Final draft. URL: https://www.iso.org/standard/33690.html
  11. Ли Лян, Шхинек К.Н. Предельная несущая способность ледяных балок // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 1. С. 65-74. DOI: 10.5862/MCE.36.8
  12. Афанасьев В.П. Определение прочности льда при расчете гидротехнических сооружений // Гидротехническое строительство. 1968. № 5. С. 48-51.
  13. Kovalev S.M., Pavilaynen G.V. Mathematical models of local ice strength and problems elastic-plastic bending of hydraulic structures supports. In book: Advances in Solid and Fracture Mechanics. Cham: A Liber Amicorum to Celebrate the Birthday of Nikita Morozov, 2022. С. 135-150.
  14. Шхинек К.Н. Ледовые нагрузки на арктические платформы // Гидротехническое строительство. 1994. № 3. С. 33-36.
  15. Бутягин И.П. Прочность льда и ледяного покрова. - Новосибирск: Наука, 1966. - 153 с.
  16. Богородский В.В., Гаврило В.П. Лед. Физические свойства. Современные методы гляциологии. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1980. - 384 с.
  17. Sodhi D.S. Vertical penetration of floating ice sheets // International Journal of Solid and Structures. 1998. V. 35, No. 32-32. P. 4275-4294. DOI: 10.1016/s0020-7683(97)00316-8
  18. Ковалев С.М., Орехов А.В., Павилайнен Г.В. Локальная прочность льда и его использование в качестве основы вертолётных площадок при их эксплуатации в районах Крайнего Севера // XXIV Петербургские чтения по проблемам прочности (Санкт-Петербург, 23–25 апреля 2024): сборник трудов. - СПб.: «ВВМ», 2024. С. 77.
  19. Pavilaynen G.V., Orekhov A.V. On the numerical solution and graphic concept of results of elastic-plastic SD-materials bend. In Book: Mathematical and Computer Simulation in Mechanics of Solids and Structures. MCM 2017. Book of Abstracts. 2017. P. 161-163.
  20. Баштовая В.А., Белов В.Д., Садиев А.А., Савченко Д.С. Исследование прочности льда на центральный изгиб // Международный научно-исследовательский журнал. 2022. № 6-1. (120). С. 6-11. DOI: 10.23670/IRJ.2022.120.6.002


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2025

 Вход