Способ очистки искусственной взлетно-посадочной полосы от снежно-ледяных образований
Владельцы патента RU 2770218:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Способ включает нанесение гранулированного химического реагента на искусственную взлетно-посадочную полосу, вступающего в реакцию со снежно-ледяными образованиями и обеспечивающего их разрушение, и удаление продуктов взаимодействия упомянутого реагента и снежно-ледяных образований. Нанесение гранулированного химического реагента при помощи разбрасывателя на снежно-ледяные образования начинают с центра искусственной взлетно-посадочной полосы, причем при помощи разбрасывателя распределяют гранулированный химический реагент неравномерно, более плотно по центру и менее плотно к краям искусственной взлетно-посадочной полосы. После прохождения по центру искусственной взлетно-посадочной полосы разбрасыватель направляют по краям гранулированного химического реагента. После того как химический реагент вступит в реакцию со снежно-ледяными образованиями, при помощи отряда плужно-щеточных снегоочистителей по кольцевой схеме от центра искусственной взлетно-посадочной полосы сметают продукты разрушения снежно-ледяных образований к краю искусственной взлетно-посадочной полосы. Скоростной режим работы упомянутых снегоочистителей выбирают в пределах от 2 до 10 км/ч исходя из условия, что чем ниже температура окружающей среды, тем меньше скорость движения плужно-щеточных снегоочистителей. При этом обеспечивают получение эффекта измельчения и втирания в снежно-ледяные образования гранулированного химического реагента и поступления тепла, возникающего при трении щеток плужно-щеточных снегоочистителей о снежно-ледяные образования на искусственной взлетно-посадочной полосе с ранее нанесенным гранулированным химическим реагентом, непосредственно в сами снежно-ледяные образования на покрытии искусственной взлетно-посадочной полосы. Продукты разрушения снежно-ледяных образований подсушивают ветровой машиной или вымораживают воздухом. Способ обеспечивает повышение эффективности гранулированного реагента при уменьшении его расхода. 1 ил.
Изобретение относится к авиации, а именно: к способам очистки от гололеда искусственной взлетно-посадочной полосы (далее - ИВПП) аэродрома, и других искусственных покрытиях аэродрома (рулежных дорожках - РД, местах стоянок самолета - МС, магистральных рулежных дорожках - МРД), при температурах ниже -7°С и сильном боковом ветре.
Известен способ борьбы с гололедными и снежно- ледяными образованиями, согласно которому гранулированный химический реагент распределяется по покрытию ИВПП в соответствии с нормами расхода, учитывающими температуру воздуха и ветер. Обработка покрытий производится самоходными разбрасывающими средствами. За эффективный режим выполнения работ принимаются скорости разбрасывателя в пределах 10-25 км/ч. Спустя 10-30 минут после рассыпки реагента (время реакции разрушения льда) начинают сметать продукты разрушения льда (слякоть и отслоившиеся куски льда) плужно-щеточными снегоочистителями. Режим работы плужно-щеточных снегоочистителей при химико-механическом методе очистки после обработки покрытий реагентом рекомендуется выполнять на рабочих скоростях 35-40 км/ч. При необходимости поверхность покрытий подсушивается ветровыми машинами («Руководство по эксплуатации аэродромов» РЭГА ГА РФ - 1994 г., РЭА МО РФ, - прототип).
Известны химические реагенты для обработки покрытий ИВПП, которые подразделяются на жидкие, порошковые и гранулированные.
Жидкие реагенты применяются при предотвращении образования гололеда, недостатком является большой расход, низкая концентрация реагирующего вещества и ограниченный температурный режим действия при отрицательных температурах.
Порошкообразные реагенты применяются редко из-за слеживания при хранении, после которого их необходимо дробить в стационарных установках дробления и больших потерь от выдувания за пределы покрытий при разбрасывании. Преимуществом порошкового реагента перед гранулированными является то, что он в более полном объеме вступает в реакцию, более интенсивно разрушает лед и успешно реагирует со льдом при температуре до -20°С.
Наиболее применяемы гранулированные реагенты типа АНТ (ТУ-113-03-613-86), применение до -12°С, и Карбамид (ГОСТ 2181-92), применение до -8°С. Способ применения данных реагентов химико-механический, согласно известным технологиям.
Недостатками данного способа являются ограниченные возможности применения гранулированного реагента, так как у них строго лимитирована температура применения и далее необходимо применять тепловые машины для удаления льда, т.к. при температурах окружающего воздуха ниже -12°С, гранулированные химические реагенты не работают, что подтверждено практикой применения. В нормативных документах для удаления льда рекомендовано увеличивать норму расхода гранулированного реагента от минимальной нормы расхода 35 г/м2 до максимальной 150 г/м2 (РЭГА РФ - 1994 г, п. 2.61, таблица 10). При этом возникает необходимость повторения технологических операций по удалению льда, что повышает трудозатраты, материальные затраты и значительно увеличивает время выполнения работ.
Технической задачей предложенного изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем изменения режимов рабочих скоростей спецтехники и изменения режимов распределения гранулированных противогололедных химических реагентов и принятия мер, необходимых для придания гранулированному реагенту свойств, сравнимых с порошкообразным реагентом, повышение эффективности работы гранулированного реагента при низких температурах воздуха, уменьшение расхода гранулированного химреагента, исключение применения теплового способа борьбы с гололедом, ведущего к ускоренному разрушению аэродромных покрытий, снижение трудозатрат и материальных затрат, уменьшение времени очистки от гололеда на ИВПП и других искусственных покрытиях аэродрома.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный способ включает нанесение гранулированного химического реагента на искусственную взлетно-посадочную полосу, вступающего в реакцию со снежно-ледяными образованиями и обеспечивающего их разрушение, и удаление продуктов взаимодействия упомянутого реагента и снежно-ледяных образований. Нанесение гранулированного химического реагента при помощи разбрасывателя на снежно-ледяные образования начинают с центра искусственной взлетно-посадочной полосы, причем при помощи разбрасывателя распределяют гранулированный химический реагент неравномерно, более плотно по центру и менее плотно к краям искусственной взлетно-посадочной полосы. После прохождения по центру искусственной взлетно-посадочной полосы, разбрасыватель направляют по краям гранулированного химического реагента. После того, как химический реагент вступит в реакцию со снежно-ледяными образованиями, при помощи отряда плужно-щеточных снегоочистителей по кольцевой схеме от центра искусственной взлетно-посадочной полосы сметают продукты разрушения снежно-ледяных образований к краю искусственной взлетно-посадочной полосы. Скоростной режим работы упомянутых снегоочистителей выбирают в пределах от 2-х до 10-ти км/час, исходя из условия, что, чем ниже температура окружающей среды, тем меньше скорость движения плужно-щеточных снегоочистителей. при этом обеспечивают получение эффекта измельчения и втирания в снежно-ледяные образования гранулированного химического реагента и поступления тепла, возникающего при трении щеток плужно-щеточных снегоочистителей о снежно-ледяные образования на искусственной взлетно-посадочной полосе с ранее нанесенным гранулированным химическим реагентом, непосредственно в сами снежно-ледяные образования на покрытии искусственной взлетно-посадочной полос. Продукты разрушения снежно-ледяных образований подсушивают ветровой машиной или вымораживают воздухом.
При предлагаемом способе, очистка начинается с центра ИВПП, причем при помощи разбрасывателя распределяют гранулированный химический реагент неравномерно, более плотно по центру и менее плотно к краям ИВПП. После прохождения по центру, разбрасыватель движется по краям гранулированного химреагента, при этом общая норма расхода остается в пределах рекомендуемых норм расхода.
Спустя 10-30 минут, что зависит от температуры окружающей среды после того, как химреагент вступил в реакцию со снежно-ледяными образованиями (далее - льдом), к работе приступает отряд плужно-щеточных снегоочистителей, которые по кольцевой схеме от центра ИВПП сметают продукты разрушения льда к краю. Скоростной режим работы при этом составляет от 2-х до 10-ти км/час, при этом чем ниже температура окружающего воздуха, тем меньше скорость движения плужно-щеточных снегоочистителей. При указанных рабочих скоростях наблюдается эффект измельчения и втирания в лед гранулированных химреагентов. За счет уменьшения скорости движения и увеличения длительности механического воздействия вращающегося ворса щеток и их трения о покрытие, механическая энергия трения щеток превращается в тепловую, при этом выделяющееся тепло переходит в снежно-ледяные образования, вследствие чего повышается эффективность химической реакции по их разрушению, а также происходит измельчение гранул, а не их сметание. Получается продукт разрушения льда, в основном состоящий из частиц подтаявшего льда, мокрого снега и жидкой грязи, смешанной с растворенным реагентом, позволяющим более активно проводить химическую реакцию разрушения льда. Далее указанный продукт подсушивается ветровой машиной или вымораживается воздухом. При недостаточном разрушении и удалении, данная операция проводится неоднократно, до полного разрушения льда и его удаления. ИВПП очищается до состояния покрытия «мокрое» или «влажное», которое обеспечивает необходимый коэффициент сцепления для производства полетов воздушных судов (далее - ВС). При этом работа тепловых машин, разрушающих покрытие, не требуется.
Сущность предложенного способа поясняется фиг. 1, где показана схема расстановки техники на ИВПП, состоящей из разбрасывателей гранулированных химических реагентов (далее - разбрасыватель) и группы плужно-щеточных снегоочистителей и направление движения техники в процессе очистки. Приведены теоретический и практический расчеты, показывающие эффективность при обработке ИВПП предложенным способом.
На фиг. 1 обозначено: 1 - разбрасыватель гранулированных химических реагентов; 2 - группа плужно-щеточных снегоочистителей; 3 - гон (полный проезд группы снегоочистителей по периметру ИВПП); 4 - искусственная взлетно-посадочная полоса; 5 - рулежная дорожка; 6 - направление движения техники в процессе очистки.
Предложенный способ может быть реализован следующим образом.
Очистка начинается с центра ИВПП (4), на которой разбрасыватель (1) распределяет гранулированный химический реагент неравномерно, более плотно по центру и менее плотно к краям ИВПП. После прохождения по центру, разбрасыватель (1) движется по краям гранулированного химреагента. При этом общая норма расхода химических реагентов остается в пределах рекомендуемых норм расхода.
Спустя 10-30 минут, что зависит от температуры окружающей среды после того, как химреагент вступил в реакцию со снежно-ледяными образованиями, к работе приступает отряд плужно-щеточных снегоочистителей (2), которые по кольцевой схеме, от центра ИВПП (4), сметают продукты разрушения снежно-ледяных образований к краю. Скоростной режим работы при этом составляет от 2-х до 10-ти км/час, при этом чем ниже температура, тем меньше скорость движения плужно-щеточных снегоочистителей.
При данных рабочих скоростях наблюдается эффект измельчения и втирания в снежно-ледяные образования гранулированных химреагентов. За счет увеличения длительности воздействия вращающегося ворса щеток на очищаемое покрытие и их трения о покрытие с ранее нанесенными гранулами химреагента, механическая энергия трения щеток превращается в тепловую и выделяющееся тепло переходит в очищаемое покрытие, вследствие чего повышается эффективность прохождения химической реакции, а также происходит измельчение гранул, а не их сметание с покрытия. Получается продукт разрушения снежно-ледяных образований, в основном состоящий из частиц подтаявшего льда, мокрого снега и жидкой грязи, смешанный с растворенным реагентом, который более активно проводит химическую реакцию разрушения льда. Продукт разрушения подсушивают ветровой машиной или вымораживают воздухом.
Измеряют коэффициент сцепления. При недостаточном коэффициенте сцепления покрытий, данная операция проводят повторно, до обеспечения необходимого коэффициента сцепления для производства полетов воздушных судов.
При недостаточном удалении снежно-ледяных образований, данную операцию повторяют неоднократно, до полного разрушения снежно-ледяных образований и их удалений. ИВПП очищают до состояния покрытия «мокрое» или «влажное», которое обеспечивает необходимый коэффициент сцепления для производства полетов воздушных судов (ВС). При этом работа тепловых машин, разрушающих покрытие, не требуется.
Теоретический расчет применения предложенного способа.
Расчет эффективности данного способа проведен с учетом силы трения скольжения и перехода механической энергии в тепловую (Краткий справочник по химии, под ред. О.Д. Куриленко, «Наукова думка» - 1974 г., 991 с.)
Определим энергию силы трения, возникающую при вращении и давлении щетки на лед в виде проскальзывания:
где:
Атр - работа сил трения;
Fтp - сила трения скольжения;
S - путь перемещения;
μ = 0,035 - коэффициент трения льда;
N - сила нормальной реакции опоры;
q - гравитационная постоянная;
m - масса щетки.
По стандартным нормам расхода реагента на каждый градус понижения температуры окружающего воздуха, начиная от 0°С до -12°С, расход гранулированного химреагента повышается на 36% на каждый 1 мм толщины льда и понижение на 1°С и достигает пределов выше 400%.
Рассчитаем величину силы трения скольжения:
Работа сил трения (энергия) составит:
В зависимости от скорости движения спецтехники и частоты вращения щетки, которая составляет 4-6 об/сек и в связи с изменением расстояния и времени воздействия на это расстояние, передача энергии может многократно увеличиваться (до 20 раз) и таким образом по усредненному значению Етр = 175⋅10 = 1750 (Дж).
Расход энергии нагрева 1 мм льда на 1 м и на 1°С составляет в среднем 418,4 Дж.
где:
Тнагрева - температура нагрева 1 мм на 1 м обрабатываемой поверхности щеткой;
Ещетки - энергия трения щетки, составляет 1750 Дж;
Ен - нормативная энергия нагрева 1 мм льда на 1 м, составляет 418 Дж.
Тнагрева = 1750:418,4=4,18°С
Исходя из этого следует, что стандартная щетка в зависимости от скорости и частоты вращения может поднять температуру разогрева 1 мм льда на 4°С. Исходя из того, что расход гранулированного химреагента повышается от начальной нормы расхода 35 г/м2 до максимальной 150 г/м2 и составляет 428%, следовательно при понижении температуры начиная от 0°С, с каждым градусом понижения, норма расхода повышается на 36% от начальной нормы расхода на каждый 1 мм толщины льда и достигает пределов 428%. При предложенном способе температура поверхностного слоя льда до 1 мм, увеличивается до 4°С, что составит 4⋅36%=144% от максимальной нормы расхода химреагентов. Реальная эффективность расхода химического реагента при этом составит: 
Борьба с гололедом производилась предложенным способом на аэродроме «Воронеж-Чертовицкое», при этом температура окружающей среды составляла -15°С, а толщина льда была неравномерной, от 3 до 4 мм. Применялся гранулированный химреагент Карбамид, с пределом температуры реакции со льдом -8°С. Расход гранулированных химреагентов по норме должен был составить 15 т., но, при использовании предложенного способа, фактический расход составил 8 т, при этом экономия составила более 40% реагента.
Применение предложенного технического решения позволит сократить время подготовки аэродромов в сложных погодных условиях, при низких отрицательных температурах воздуха, повысить оперативность очистки ИВПП и, как следствие, повысить боеготовность авиационных частей, предотвратить повреждение и износ покрытий от применения теплового способа, снизить трудовые и материальные затраты.
Способ очистки искусственной взлетно-посадочной полосы от снежно-ледяных образований, заключающийся в нанесении гранулированного химического реагента на искусственную взлетно-посадочную полосу, вступающего в реакцию со снежно-ледяными образованиями и обеспечивающего их разрушение, и удалении продуктов взаимодействия упомянутого реагента и снежно-ледяных образований, отличающийся тем, что нанесение гранулированного химического реагента при помощи разбрасывателя на снежно-ледяные образования начинают с центра искусственной взлетно-посадочной полосы, причем при помощи разбрасывателя распределяют гранулированный химический реагент неравномерно, более плотно по центру и менее плотно к краям искусственной взлетно-посадочной полосы, при этом после прохождения по центру искусственной взлетно-посадочной полосы разбрасыватель направляют по краям гранулированного химического реагента, затем, после того как химический реагент вступит в реакцию со снежно-ледяными образованиями, при помощи отряда плужно-щеточных снегоочистителей по кольцевой схеме от центра искусственной взлетно-посадочной полосы сметают продукты разрушения снежно-ледяных образований к краю искусственной взлетно-посадочной полосы, при этом скоростной режим работы упомянутых снегоочистителей выбирают в пределах от 2 до 10 км/ч исходя из условия, что чем ниже температура окружающей среды, тем меньше скорость движения плужно-щеточных снегоочистителей, при этом обеспечивают получение эффекта измельчения и втирания в снежно-ледяные образования гранулированного химического реагента и поступления тепла, возникающего при трении щеток плужно-щеточных снегоочистителей о снежно-ледяные образования на искусственной взлетно-посадочной полосе с ранее нанесенным гранулированным химическим реагентом, непосредственно в сами снежно-ледяные образования на покрытии искусственной взлетно-посадочной полосы, после чего продукты разрушения снежно-ледяных образований подсушивают ветровой машиной или вымораживают воздухом.
