Аэродромный комплекс на вечномерзлых грунтах
PERMAFROST GROUND AERODROME COMPLEX

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при создании быстровозводимых аэродромов на мерзлых грунтах как в летнее, так и в зимнее время года.
Известна взлетно-посадочная полоса (ВПП) аэродрома, содержащая естественное грунтовое основание, основание из цементобетона и полосу расширения на железобетонных сваях (RU, №2477767, МПК Е01С 9/00, 2013).
Недостатком известной взлетно-посадочной полосы является сложность конструкции, за счет использования железобетонных свай, что приводит к повышению трудоемкости работ и удорожанию строительства, а также к снижению надежности работы взлетно-посадочных полос при воздействии сил морозного пучения, снижая тем самым, в целом, эффективность работы взлетно-посадочной полосы аэродрома.
Известно использование винтовых свай в качестве фундамента сооружений на мерзлом основании (СТО 56947007-29. 120.95-050-2010 Нормы проектирования фундаментов из винтовых свай. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» Нормы проектирования фундаментов из винтовых свай, 2010).
Однако применение таких конструкций для аэродромных комплексов не обнаружено.
Наиболее близким техническим решением является аэродромный комплекс зданий и сооружений, включающий: аэродром, предназначенный для: обеспечения взлетов, посадки, руления, стоянки и обслуживания воздушных судов; служебно-техническую территорию, предназначенную для расположения зданий и сооружений обслуживания пассажирских, грузовых и почтовых перевозок, технического обслуживания воздушных судов, объектов заправки, здания управления полетами с антенным полем и производственные здания и сооружения вспомогательного назначения, устраиваемый на грунтовом основании (Ромашков В.М. Исследование технологических процессов и планировочных решений аэродромов сельскохозяйственной авиации / Труды НИИ «Аэропроект»: Технология и планировка аэропортов. Выпуск 10. - М.: Аэропроект, 1972).
Недостатком известного аэродромного комплекса зданий и сооружений является сложность и длительный процесс изготовления конструкции основания сооружений, а также плохая транспортная связь между основными объектами: ВПП, ангарами, основными и вспомогательными зданиями, что особенно важно в случае подготовки самолетов при неблагоприятных погодных условиях.
Техническая проблема изобретения заключается в создании аэродромного комплекса на мерзлых грунтах, быстровозводимого с эффективной транспортной взаимосвязью между объектами, обладающего повышенной надежностью при работе в суровых природно-климатических условиях.
Технический результатом изобретения является упрощение и сокращение сроков строительства аэродромного комплекса за счет исключения операций по организации многослойного несущего основания и использования сборно-разборных конструкций быстровозводимых сооружений, как в летнее, так и в зимнее время года, а так же быстрой подготовки самолетов к полетам при организации эффективной транспортной взаимосвязи между основными объектами аэродромного комплекса, создания более комфортных условий обслуживания самолетов.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что на аэродромный комплекс на вечномерзлых грунтах, включающий взлетно-посадочную полосу, ангары, радар, дизель-генератор, жилой комплекс, модуль очистки бытовых отходов и другие сооружения, возведенные на мерзлом искусственном основании и соединенные дорогами, установлены на винтовых сваях и связаны рельсовыми путями с перемещающимися по ним транспортными тележками, оборудованные подъемниками, и установленные также на винтовых сваях, при этом смонтирован главный рельсовый путь, который перпендикулярно пересекает взлетно-посадочную полосу с формированием за ее пределами линии накопления пустых тележек, и в месте их пересечения оснащен поворотным мостом, кроме того, параллельно взлетно-посадочной полосе проходит вспомогательный рельсовый путь, перпендикулярно соединенный с пересекающим взлетно-посадочную полосу главным рельсовым путем и расположенный перед ангаром, состоящим из расположенных на одной линии боксов с рельсовыми путями, при этом у въезда в каждый бокс на вспомогательном рельсовом пути установлены поворотные мосты, кроме этого параллельно взлетно-посадочной полосе проведен второй вспомогательный рельсовый путь - за ангаром, соединяющий жилой комплекс с перегрузочной площадкой и ангарными боксами. Кроме того, к аэродромному комплексу параллельно рельсовому пути, расположенному за ангаром, проведена грунтовая дорога, соединяющая жилой комплекс с площадкой для дирижабля и вертолета, а также со вспомогательными сооружениями. Ангары расположены параллельно с разных сторон взлетно-посадочной полосы и соединены с ней в ее начале и середине отдельным надземным рельсовым транспортом. А ангарные боксы выполнены в двух уровнях и оборудованы подъемниками для самолетов и соединены рельсовым путем с ВПП, причем каждый рельсовый путь заканчивается поворотным мостом, установленным на взлетно-посадочной полосе.
Исполнение аэродромного комплекса, когда все сооружения соединены надземным рельсовым транспортом и установлены на винтовых сваях, причем ангар выполнен из составных боксов с рельсами, позволяет ускорить и упростить технологию возведения аэродромного комплекса - перейти к технологии быстровозводимых сооружений за счет отказа, по сути, от чисто строительных операций и переходу к использованию технологии сборочного производства, что обеспечивается отказом от подготовки искусственного грунтового основания для ВПП, наземной транспортной системы и других вспомогательных сооружений, возводимых на грунтовом основании, и использования вместо него винтовых свай, что позволяет при этом повысить устойчивость всех сооружений аэродромного комплекса за счет возможности регулирования глубины погружения винтовых свай в процессе эксплуатации и противостоять, тем самым, влиянию пучения. Кроме того, появляется возможность быстрого выполнения ремонтных работ и обслуживания надземной транспортной системы по сравнению с использованием грунтовых дорог, быстрого наращивания мощи авиагруппы за счет подачи самолетов сразу из нескольких боксов и перемещения самолетов и пилотов на транспортных тележках.
Исполнение ангарных боксов в двух уровнях с оборудованием их подъемниками для самолетов позволяет на тех же площадях повысить количество базирующихся самолетов, что существенно повышает эффективность использования аэродромного комплекса.
Все элементы аэродромного комплекса напрямую и принудительно взаимосвязаны в технологической цепочке за счет жесткого их соединения надземной рельсовой транспортной системой, что позволяет обеспечивать бесперебойную отправку, прием и обслуживание потока самолетов при неблагоприятных погодных условиях. В частности, поднятие транспортной системы над землей позволяет довольно просто организовать с помощью, например, системы датчиков постоянно в автоматическом режиме контроль ее состояния. При этом появляется возможность предотвращать засыпание транспортной системы снегом и упростить процесс ее очистки, что повышает, в целом, эффективность работы аэродромного комплекса.
Установка в одну линейку боксов с расположенными с двух сторон вспомогательными рельсовыми путями с транспортными тележками позволяет значительно упростить операцию снаряжения самолетов боеприпасами и доставку пилотов к самолетам и обратно.
Оснащение с фасада ангара поворотными мостами напротив каждого бокса позволяет упростить процесс доставки самолетов и оборудования и, соответственно, сократить время подготовки самолетов к старту.
Исполнение ВПП, состыкованной с главным рельсовым путем и пересекающим ее в центре с поворотным мостом, позволяет быстрее стартовать самолету в ту или другую сторону полосы.
Формирование за пределами ВПП линии накопления (ожидания) пустых тележек, соединенной со вспомогательным рельсовым путем боксов ангара, позволяет освободить главную транспортную линию и соответственно повысить интенсивность - ускорить процесс как подачи самолетов на старт, так и процесс возвращения.
Укладка с другой стороны боксов ангара второго вспомогательного рельсового пути, соединенного с одного конца с жилым комплексом, а с другим - с перегрузочной площадкой (грузов, продовольствия, топлива, запасных частей и др.), позволяет более оперативно и безопасно снаряжать самолеты и доставлять пилотов, что повышает, в целом, эффективность работы аэродромного комплекса.
Интенсивность взлета и посадки самолетов может быть повышена, для чего возводят две линейки ангарных боксов, которые расположены параллельно с разных сторон взлетно-посадочной полосы и могут быть соединены с ней отдельным надземным рельсовым транспортом в ее начале. В этом случае самолеты могут стартовать непосредственно друг за другом. В случае же соединения ангаров отдельным надземным рельсовым транспортом с взлетно-посадочной полосы в ее середине появляется возможность еще больше ускорить процесс отправки самолетов. В этом случае стартовать одновременно могут сразу два самолета, что, в целом, повышает эффективность работы аэродромного комплекса.
Эффективность работы аэродромного комплекса может быть существенно повышена, для чего каждый ангарный бокс соединяют рельсовым путем с ВПП, причем каждый рельсовый путь заканчивается поворотным мостом, установленный на ВПП. В этом случае может быть обеспечен взлет и посадка целого потока самолетов.
Аэродромный комплекс на вечномерзлых грунтах поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивно-планировочная (технологическая) схема аэродромного комплекса; на фиг. 2 - схема транспортировки самолета; на фиг. 3 - конструктивно-планировочная схема аэродромного комплекса с двумя линейками ангарных боксов; на фиг. 4 - конструктивно-планировочная схема аэродромного комплекса с совмещенными ВПП и ангарными боксами.
На фиг. 1-4 обозначены:
1 - взлетно-посадочная полоса; 2 - ангарные боксы; 3 - радар; 4 - площадка для дирижабля и вертолета; 5 - дизель-генератор; 6 - модуль очистки бытовых отходов; 7 - жилой комплекс; 8 - перегрузочная площадка; 9 - винтовые сваи; 10, 11, 12 - надземный рельсовый транспорт; 13 - транспортные тележки; 14, 15 - поворотные мосты; 16 - линии накопления (ожидания) пустых тележек; 17 - подъемник; 18 - гидроцилиндры; 19 - самолет; 20 - самолетное шасси; 21 - мерзлое грунтовое основание; 22, 23 - самостоятельные части ВПП; 24, 25 - линейки ангарных боксов; 26 - грунтовая дорога.
Аэродромный комплекс на вечномерзлых грунтах состоит из ВПП 1 и основных вспомогательных сооружений: ангарных боксов 2, радара 3, площадки для дирижабля и вертолета 4, дизель-генератора 5, модуля очистки бытовых отходов 6, жилого комплекса 7, перегрузочной площадки 8, установленных на винтовых сваях 9 и соединенные надземным рельсовым транспортом 10, 11, 12, включающий транспортные тележки 13 (фиг. 1 и фиг. 2). При этом ангарные боксы 2 выполнены составными с рельсами внутри, установленные в одну линейку с расположенными с двух сторон рельсовыми путями 10 и 11 с транспортными тележками 13, оснащенных с фасада поворотными мостами 14 напротив каждого бокса, при этом ВПП 1 пересекается рельсовым путем 12 с поворотным мостом 15 в центре, соединенный с рельсовым путем 10 ангаров 2, с установкой за пределами ВПП 1 линии накопления (ожидания) 16 пустых тележек 13, причем с другой стороны ангаров 2 (с тыла) смонтирован другой рельсовый путь 11, соединенный с одного конца с жилым комплексом 7, а с другим - с перегрузочной площадкой 8 (грузов, продовольствия, топлива, запасных частей и др.). Транспортные тележки 13 оборудованы подъемником 17, приводимый в действие гидроцилиндрами 18 для поднятия самолета 19 и транспортирования его не касаясь самолетного шасси 20 с рельсовым транспортом 10, 11, 12, установленного на винтовых сваях 9, завинченных в мерзлое грунтовое основание 21 (фиг. 2).
Аэродромный комплекс может включать две линейки ангарных боксов 24, 25, расположенных напротив друг друга параллельно с разных сторон ВПП 1, и соединенных с ней отдельным надземным рельсовым транспортом 12 (фиг. 3). При этом ВПП 1 состоит из двух самостоятельных частей 22 и 23, каждая из которых соединена главным надземным рельсовым путем со своей линейкой ангарных боксов 24 и 25.
Аэродромный комплекс может быть выполнен более компактным. В этом случае каждый ангарный бокс 2 соединен рельсовым путем с ВПП 1, причем каждый рельсовый путь заканчивается поворотным мостом 14, установленный на взлетно-посадочной полосе 1 (фиг. 4).
Аэродромный комплекс на вечномерзлых грунтах монтируется и работает следующим образом.
Сначала возводятся: ВПП, ангарный комплекс, жилой комплекс и вспомогательные сооружения для чего завинчивают сваи 9 в мерзлое основание 21. Затем устанавливают и закрепляют на оголовках свай ВПП 1 рельсовые пути 10, 11, 12 с транспортными тележками 13 и поворотными мостами 14, 15, монтируют на сваях ангарные боксы 2, жилой комплекс 7, перегрузочную площадку 8, радар 3, дизель-генератор 5, модуль очистки бытовых отходов 6 и другие вспомогательные сооружения.
Функционирование аэродромного комплекса начинается с доставки пилотов по рельсовому пути 11 на транспортной тележке 13 из жилого комплекса 7 к ангарным боксам 2, в которых находятся самолеты 19 с самоходными тележками 13. Снаряжение для самолетов 19, а также вновь прибывшие пилоты и обслуживающий персонал перемещаются к ангарным боксам 2 или жилому комплексу 7 с другой стороны рельсового пути 11, соединенного с площадкой для дирижабля и вертолета 4 через перегрузочную площадку 8.
Снаряженные и заправленные самолеты 19 с пилотами, находящиеся в боксах 2, закрепляются в поднятом состоянии на самоходных тележках 13, для чего приводят в движение подъемник 17 гидроцилиндрами 18, тем самым приподнимая самолет 19 с образованием зазора между шасси 20 и рельсовым путем. После этого самоходная тележка с самолетом выезжает из бокса 2 и, попадая на поворотный мост 14, перемещается по рельсовому пути 10 до поворотного моста, расположенного на рельсовом пути 12. Затем самоходная тележка с самолетом движется по рельсовому пути 12 до центрального поворотного моста 15, установленного на ВПП 1. Поворотный мост 15 с самолетом 19 поворачивают на 90° в сторону старта, после чего самолет опускается с касанием шасси ВПП и выруливает на стартовую позицию, а пустая самоходная тележка перемещается по рельсовому пути 16 в зону накопления (ожидания) пустых тележек 13.
После возвращения самолета последний наезжает на самоходную тележку, которая подается из зоны накопления (ожидания) на центральный поворотный мост 15, и все операция повторяются в обратном порядке.
Эффективность работы аэродромного комплекса может быть существенно повышена, для чего комплекс выполняется из двух линеек ангарных боксов 24, 25, расположенных напротив друг друга с разных сторон ВПП, и соединенных с ней в ее начале отдельным надземным рельсовым транспортом (фиг. 3). В этом случае самолеты могут стартовать непосредственно друг за другом. В случае же соединения ангаров с взлетно-посадочной полосой в ее середине появляется возможность еще больше ускорить процесс отправки самолетов. При этом ВПП возводится из двух частей 22 и 23 (фиг. 3). В этом случае стартовать одновременно могут сразу два самолета в разные стороны ВПП.
В случае необходимости старта и возврата группы самолетов целесообразно использовать схему аэродромного комплекса с совмещенными ВПП 1 и ангарными боксами 2 (фиг. 4). Так как каждый ангарный бокс 2 соединен своим рельсовым путем с ВПП 1, и заканчивается поворотным мостом 14, установленный на взлетно-посадочной полосе 1, то появляется возможность отправки и приема одновременно нескольких самолетов потоком.
Для надежной работы аэродромного комплекса, а также в случае возникновения аварийной ситуации на транспортной системе, предусмотрена прокладка грунтовой дороги, связывающая площадку для дирижабля и вертолета 4 с жилым комплексом 7 (фиг. 1).
Эффективность функционирования аэродромного комплекса во многом зависит от рационального размещения его основных элементов, оптимального количества этих элементов с учетом характеристик формируемого потока самолетов.
На общей технологической схеме работы аэродромного комплекса (фиг. 1) видно, что все элементы аэродромного комплекса напрямую принудительно и технологически взаимосвязаны. Поэтому аэродромный комплекс может функционировать более эффективно, чем грунтовые аэродромы, так как вся система обеспечивает возможность бесперебойной отправки, приема и обслуживания потока самолетов. При этом резко сокращаются потери времени при выполнении отдельных операций на аэродромном комплексе за счет жесткого соединения всех объектов надземной транспортной системой. Таким образом, создана конструкция аэродромного комплекса на вечномерзлых грунтах, эффективность которого складывается из следующих факторов:
- отказ от выполнения большого объема грунтовых работ, связанных с организацией искусственного основания;
- отказ от приготовления строительных смесей и изготовления аэродромных бетонных плит;
- возможность использования технологии быстро возводимых конструкций для формирования аэродромного комплекса в суровых природно-климатических условиях строительства на основе отказа от чисто строительных технологий и переходу к использованию более эффективной технологии - надземной сборки сопрягаемых сооружений;
- возможность быстрого монтажа всего аэродромного комплекса из готовых конструкций на месте строительства;
- возможность качественного и быстрого выполнения ремонтных работ по содержанию аэродромного комплекса;
- возможность оперативной подготовки и подачи самолетов на стартовую позицию и их возврата в ангарные боксы за счет эффективного использования надземной рельсовой транспортной системы с возможностью перехода на компьютерное управление.
Особенно эффективно использовать предлагаемое техническое решение при строительстве быстровозводимых аэродромов в случае их автономного функционирования в Арктических зонах, характеризуемых широким распространением структурно неустойчивых высокольдистых грунтов и отсутствием в достаточном количестве кондиционных грунтовых материалов.
Аэродромный комплекс на вечномерзлых грунтах был изготовлен в виде модели в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показал возможность его реализации в реальных условиях строительства.