Mobilne, kompozytowe lądowisko dla śmigłowców Lotniczego Pogotowia Ratunkowego

Transkrypt

1 BLACHA Krzysztof 1 WESOŁOWSKI Mariusz 2 Mobilne, kompozytowe lądowisko dla śmigłowców Lotniczego Pogotowia Ratunkowego WSTĘP Bardzo powszechnym środkiem transportu, wykorzystywanym w Lotniczym Pogotowiu Ratunkowym (LPR), Straży Granicznej, Policji, Straży Pożarnej oraz w Siłach Zbrojnych RP są śmigłowce. Na ich użyteczność duży wpływ ma zdolność do lądowania w terenie przygodnym. Istnieje powszechna opinia, że śmigłowiec jest w stanie wylądować wszędzie, gdzie jest tylko wystarczająco dużo miejsca, aby nie zawadził obracającym się wirnikiem. Lądowanie na nieprzygotowanym lądowisku niesie za sobą jednak zagrożenie związane z możliwością uszkodzenia śmigłowca. Uszkodzenia te czasami mają na tyle poważne konsekwencje, że uniemożliwiają wykonanie zadania. Najbardziej podatne na uszkodzenia są łopaty wirników oraz silniki. Istnieje możliwość poderwania przez strugi powietrza ciał obcych, np. kamieni, a następnie zderzenia ich z wirnikiem lub zassaniem przez silniki. W efekcie takich wypadków konieczna może być wymiana łopat, remont silnika lub przyspieszenie remontu na skutek znacznie zwiększonego zużycia. Oznacza to dla użytkownika dodatkowe duże koszty sięgające nawet milionów złotych. Mając powyższe na uwadze, Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych proponuje stworzenie, a następnie wprowadzenie na wyposażenie Sił Zbrojnych RP mobilnego, kompozytowego lądowiska dla śmigłowców. Lądowisko będzie składało się z paneli kompozytowych, które po złączeniu utworzą wymaganą, normatywną płaszczyznę lądowiska. Główne cele wynikające ze stosowania mobilnego lądowiska kompozytowego są następujące: zapewnienie możliwości wykonywania operacji lotniczych w terenie przygodnym (nawet w trudnych warunkach terenowych), zabezpieczenie śmigłowca przed uszkodzeniem przez ciała obce, zwiększenie bezpieczeństwa użytkowania dzięki stosowaniu odpowiedniego oznakowania i oświetlenia oraz umożliwienie lądowania w miejscach o obniżonej nośności podłoża. Do budowy przedmiotowego lądowiska planuje się wykorzystanie doświadczeń Stoczni Żuławy Sp. z o.o. z produkcji elastycznego pokrycia lotniskowego ELP-1 KRATER, które przeznaczone jest do naprawy dużych uszkodzeń nawierzchni lotniskowych niszczonych w wyniku działań celowych. W artykule przedstawiono walory eksploatacyjne i użytkowe elastycznego pokrycia kompozytowego ELP-1 KRATER, którego producentem jest Stocznia Żuławy. Ponadto, omówiono wyniki badań laboratoryjnych i poligonowych mobilnego pokrycia kompozytowego, które zostały przeprowadzone przez Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych. 1 ELASTYCZNE POKRYCIE LOTNISKOWE ELP-1 KRATER Kompozytowe pokrycie lotniskowe ELP-1 KRATER zostało wyprodukowane w Polsce przez Stocznię Żuławy Sp. z o.o.. Prace projektowe rozpoczęły się w roku 1999 i otrzymały roboczą nazwę Awaryjny zestaw naprawczy dróg i nawierzchni lotniskowych. Głównym założeniem projektowym było przeznaczenie pokrycia do naprawy nawierzchni lotniskowych niszczonych w wyniku działań celowych, budowy tymczasowych lądowisk dla śmigłowców, np. lądowisk przy szpitalach oraz naprawy nawierzchni drogowych o specjalnym przeznaczeniu dla potrzeb wojska. Po zakończeniu prac kwalifikacyjnych, w 2002 r. rozpoczęto produkcję pokrycia kompozytowego, a w roku 2008, 1 Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, Zakład Lotniskowy, Warszawa; ul. Księcia Bolesława 6. Tel.: , Fax.: , krzysztof.blacha@itwl.pl 2 Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, Zakład Lotniskowy, Warszawa; ul. Księcia Bolesława 6. Tel.: , Fax.: , mariusz.wesolowski@itwl.pl 7260

2 poleceniem Szefa Inspektoratu Wsparcia Sił Zbrojnych RP nr 197, zostało wprowadzone na wyposażenie Sił Zbrojnych RP. Do produkcji mobilnej nawierzchni lotniskowej wykorzystano jako matrycę żywicę poliestrową typu PALATAL U 541 TV-03, a jako wzmocnienie włókno szklane typu E wyprodukowane w Krośnieńskich Hutach Szkła. Do wykonania elastycznego pokrycia lotniskowego ELP-1 KRATER przyjęto 44% włókna szklanego typu E. Zasadę doboru włókna szklanego do produkcji mobilnej nawierzchni lotniskowej przedstawiono na rysunku 1. Wytrzymałość kompozytu na rozciąganie R m [Mpa] R m [Mpa] g [mm] Zawartość % włókna szklanego Rys. 1. Zależność zawartości włókna szklanego typu E od wytrzymałości na rozciąganie kompozytu Dobrany w ten sposób skład materiałów do wykonania mobilnej nawierzchni kompozytowej, charakteryzuje się następującymi parametrami: ilość żywicy - 45,00%, masa zbrojenia w laminacie - 5,00 kg/m 2, masa żywicy w laminacie - 6,11 kg/m 2, masa laminatu - 11,11 kg/m 2, ciężar pojedynczego elementu - 182,00 kg, ciężar pokrycia ,00 kg, ciężar maty ,00 kg, powierzchnia maty - 150,15 m 2. Producent w przeprowadzonych przez siebie badaniach wytrzymałościowych, uzyskał następujące wyniki: wytrzymałość na rozciąganie MPa, wytrzymałość na zginanie MPa, moduł sprężystości przy rozciąganiu MPa, moduł sprężystości przy zginaniu MPa. Elastyczne pokrycie lotniskowe ELP-1 KRATER składa się z 9 elementów, z których każdy posiada wymiary: szerokość 1,8 m, długość 9,1 m i grubość 8,0 mm. Elementy połączone są ze sobą elastycznymi przegubami, które zapewniają współpracę pojedynczych segmentów pod obciążeniem. Zespół tych elementów stanowi pokrycie o wymiarach: 16,5 x 9,1 m. Połączone ze sobą dwa pokrycia tworzą matę o wymiarach: 16,8 x 18,2 m. Łączenie przegubowe wykonane jest z pięciu warstw tkaniny poliestrowej sklejonej obustronnie poliuretanem, szerokość łącznika wynosi 70 mm. Warstwy tkaniny na szerokości 115 mm wtopione są na przemian ze zbrojeniem włóknem szklanym. Struktura wyprodukowanego kompozytu składa się z dziesięciu warstw maty z włókna szklanego oraz dwóch warstw tkaniny [6]. Poniżej, na rysunkach 2-3 przedstawiono widok mobilnego, kompozytowego pokrycia lotniskowego ELP-1 KRATER Grubość kompozytu g [mm] 7261

3 Rys. 2. Widok sposobu rozkładania elastycznego pokrycia lotniskowego Rys. 3. Mata kompozytowa utworzona z dwóch pokryć ELP-1 KRATER Produkcja elastycznych pokryć lotniskowych odbywała się na specjalnie przygotowanych stanowiskach roboczych. Pojedyncze warstwy, z których składa się struktura płyty, łączono na zakład z elastycznym łącznikiem płyt. Mając na uwadze potrzebę uzyskania możliwie wysokich własności wytrzymałościowych, podjęto działania zapewniające możliwość uzyskania materiału jednorodnego w swej strukturze. Na etapie produkcji podjęto próbę ustalenia pożądanych własności wytrzymałościowych. Koncepcja ta była możliwa do zrealizowania dzięki znajomości własności mechanicznych poszczególnych warstw, co w efekcie umożliwiło prognozowanie własności kompozytu, takich jak chociażby moduł sprężystości, czy wytrzymałość na rozciąganie [1]. Wytworzony w ten sposób kompozyt miał za zadanie spełnienie specjalnych wymagań technicznych i użytkowych, w tym przede wszystkim uzyskanie warstwy konstrukcyjnej o pożądanych własnościach. Decydującymi w tym przypadku cechami były: zdolność do przenoszenia obciążeń statycznych, dynamicznych i termicznych od poruszających się po tych nawierzchniach statków powietrznych. Mobilne pokrycie kompozytowe musi się również wyróżniać odpornością na działanie agresywnych czynników chemicznych, które występują w procesie eksploatacji nawierzchni. W związku z powyższym, pokrycie kompozytowe ELP-1 KRATER zostało poddane sprawdzeniu podczas badań laboratoryjnych i poligonowych. 2 BADANIA LABORATORYJNE POKRYCIA LOTNISKOWEGO TYPU KRATER Mobilne, kompozytowe pokrycie lotniskowe ELP-1 KRATER zostało poddane szczegółowym badaniom materiałowym w celu określenia podstawowych własności fizyko-mechanicznych oraz sprawdzenia jego odporności na działanie czynników chemicznych występujących na nawierzchniach lotniskowych podczas ich całorocznej eksploatacji. Badania wykonano w laboratoriach Zakładu Lotniskowego oraz Zakładu Niezawodności i Bezpieczeństwa Techniki Lotniczej Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, a także w laboratorium badań materiałowych Wojskowej Akademii Technicznej. Zakres badań laboratoryjnych obejmował: określenie wytrzymałości na rozciąganie, sprawdzenie wytrzymałości na zginanie, sprawdzenie wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie, badania wytrzymałościowe w podwyższonych i niskich temperaturach, sprawdzenie odporności na działanie czynników eksploatacyjnych występujących na nawierzchniach lotniskowych (paliwa, oleje i smary lotnicze, środki odladzające), badanie szorstkości, oznaczenie wytrzymałości elastycznych połączeń między elementami pokrycia lotniskowego ELP-1 KRATER, badanie wytrzymałości połączeń kotwiących pokrycie do nawierzchni lotniskowej (połączenia śrubowe), badania nieniszczące - sprawdzenie struktury materiału kompozytowego. W referacie zostaną przedstawione jedynie wyniki badań zmęczeniowych podczas zginania oraz badań połączeń kotwiących matę do nawierzchni lotniskowej. 7262

4 2.1 Badania zmęczeniowe próbek kompozytowych Badania zmęczeniowe przeprowadzono na próbkach prostokątnych o wymiarach 250x25 mm, wyciętych z maty w dwóch ortogonalnych kierunkach, tj.: wzdłuż i w poprzek kierunku ułożenia włókien szklanych [4, 5]. Badania trójpunktowego zginania wykonano w seriach o ustalonej liczbie cykli, przy stałej wielkości ugięcia w środkowej części próbki. Kolejne serie badań wykonywano przy ugięciach 3, 4, 5,... i 10 mm, rejestrując zmianę wielkości siły wymuszającej zadane ugięcie. Częstotliwość cykli obciążeń wynosiła 2 Hz, temperatura pokojowa: 20-23ºC, wilgotność powietrza: 45-55%. Badania wszystkich próbek rozpoczęto od ugięcia wstępnego wynoszącego 3 mm. Zmianę poziomu siły w trakcie cykli zmęczeniowych o zadanych, stałych wielkościach ugięcia, przedstawia rysunek 4 dla kierunku wycięcia próbek wzdłuż włókien maty oraz rysunek 5 w kierunku poprzecznym. Szczegółowy program badań przedstawiono w tabeli 1. Tab. 1. Program badań zmęczeniowych Liczba cykli Ugięcie Kierunek podłużny Kierunek poprzeczny [mm] próbka 1 próbka 2 próbka 1 próbka W każdym przypadku poziom siły wywołującej ugięcie był inny. Wraz ze wzrostem liczby cykli obciążenia następował systematyczny spadek siły zginającej, szybszy dla większych ugięć, czasem z wyraźnym uskokiem, świadczącym o powstaniu pęknięcia w próbce. W początkowym etapie badań, przy mniejszych ugięciach, zmiana wielkości ugięcia próbki powodowała istotny wzrost siły wymuszającej, po wystąpieniu pęknięć w próbce wzrastające ugięcie wymagało stosunkowo mniejszych przyrostów siły wymuszającej. W związku z tym, wytrzymałość i odporność materiału na zginanie malały. 800 F [N] 3 mm 4 mm 800 F [N] 3 mm 4 mm mm 6 mm 7 mm mm 6 mm 7 mm mm 9 mm mm 9 mm mm mm N [cykl] Rys. 4. Przebieg krzywych: siła zginająca liczba cykli obciążenia, dla różnych poziomów ugięcia próbek wyciętych wzdłuż włókien N [cykl] Rys. 5. Przebieg krzywych: siła zginająca liczba cykli obciążenia, dla różnych poziomów ugięcia próbek wyciętych w poprzek włókien Z powyżej zaprezentowanych wykresów wynika, że dla ugięć mniejszych niż 6 mm, zmiany zmęczeniowe są niewielkie, natomiast przy większych ugięciach obserwuje się wystąpienie 7263

5 w próbce pęknięć, powodujących znaczne obniżenie siły zginającej oraz spadek wytrzymałości próbki. Wyniki statycznych prób zginania przedstawiono na rysunku 6. Uzyskane wyniki potwierdzają, że nie występuje istotna różnica między wytrzymałością materiału przed rozpoczęciem badań (linie ciągłe) i po badaniach zmęczeniowych (linie przerywane). Niszczenie materiału maty następuje wyłącznie lokalnie, w ograniczonych obszarach, bez jakichkolwiek śladów delaminacji poszczególnych warstw. 900 F [N] kier. wzdł. kier. wzdł. wierzch kier. wzdł. spód kier. poprz. kier. poprz. wierzch kier. poprz. spód kier. wzdł. zm. wierzch kier. wzdł. zm. spód kier. poprz. zm. wierzch kier. poprz. zm. spód l [mm] Rys. 6. Przebieg krzywych: siła zginająca ugięcie próbki w pojedynczych cyklach zginania próbek przed (linie ciągłe) i po (linie przerywane) badaniach zmęczeniowych 2.2 Badania połączeń kotwiących matę do nawierzchni lotniskowej Badania połączeń kotwiących matę do nawierzchni lotniskowej zostały przeprowadzone na specjalnie przygotowanym stanowisku badawczym w laboratorium badań materiałowych Wojskowej Akademii Technicznej. Celem badań było określenie wytrzymałości połączeń śrubowych oraz sprawdzenie poprawności rozmieszczenia otworów montażowych w mobilnej nawierzchni lotniskowej. W badaniach przyjęto charakter czystego ścinania, dla którego określono wytrzymałość połączeń śrubowych i wytrzymałość strefy zamocowania płyt kompozytowych. Na rysunkach 7-9 przedstawiono sposób przeprowadzenia badań wytrzymałościowych, zaś w tabeli 2 zestawiono wielkości uzyskanych sił i odkształceń badanej płyty [5]. Rys. 7, 8, 9. Przebieg badania wytrzymałości na rozciąganie otworów montażowych w płycie kompozytowej Tab. 2. Wielkości sił i odkształceń badanych płyt na połączeniach między sobą i mocowania do krawędzi Numer próbki Siła Odkształcenie [kn] [mm] 1 159,00 14, ,30 15, ,40 13,94 Średnia: 173,90 14,67 Graficzną ilustrację przebiegu odkształcenia próbki nr 3 badanej płyty kompozytowej przedstawiono na rysunku

6 Rys. 10. Wykres zależności pomiędzy wielkością obciążenia płyty a wielkością odkształcenia Badania kontrolne złączy śrubowych przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych, symulujących w przybliżeniu rzeczywistą pracę pokrycia kompozytowego mocowanego do stałej części nawierzchni lotniskowej, wykazało dostateczną wytrzymałość tego połączenia. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że: materiał kompozytowy, z którego wykonano pokrycie ELP-1 KRATER posiada dobrą wytrzymałość na rozciąganie, uzyskane wyniki badań sprawdzających wytrzymałość na obciążenia zmęczeniowe potwierdziły, że nie występuje istotna różnica między wytrzymałością materiału kompozytowego przed rozpoczęciem badań i po badaniach zmęczeniowych. Niszczenie materiału, z którego wykonano elastyczne pokrycie lotniskowe ELP-1 KRATER następuje wyłącznie lokalnie w ograniczonych obszarach bez śladów delaminacji poszczególnych warstw, wyniki badań wytrzymałościowych materiału kompozytowego w warunkach działania podwyższonych temperatur, tj. +50 C oraz niskich temperatur, tj. -40 C nie odbiegają istotnie od wyników uzyskanych w czasie badań wytrzymałości na rozciąganie, badania odporności na działanie środków chemicznych, które mogą wystąpić w warunkach rzeczywistej eksploatacji statków powietrznych wykazały, że kompozyt, z którego wykonano mobilne pokrycie lotniskowe ELP-1 KRATER oraz materiał użyty do wykonania elastycznych połączeń między elementami pokrycia, charakteryzują się dobrą odpornością na ich oddziaływanie, badania sprawdzające wytrzymałość elastycznych połączeń między elementami pokrycia potwierdziły poprawność ich wykonania. Połączenie jest dobrze zakotwione w płycie kompozytowej i podczas obciążenia nie wykazuje oznak rozwarstwienia oraz braku współpracy, otrzymane wyniki badań wytrzymałościowych dla połączeń kotwiących mobilne pokrycie kompozytowe do nawierzchni lotniskowej potwierdziły dostateczną wytrzymałość sprawdzanego połączenia. Zrealizowane badania laboratoryjne potwierdziły spełnienie wymagań wytrzymałościowych oraz eksploatacyjnych przez materiał kompozytowy, z którego wykonano elastyczne pokrycie lotniskowe ELP-1 KRATER. 3 BADANIA POLIGONOWE Badania poligonowe mobilnego pokrycia kompozytowego ELP-1 KRATER przeznaczonego do budowy lądowiska dla Lotniczego Pogotowia Ratunkowego podzielono na trzy etapy. Etap I obejmował badania sprawdzające podłoże gruntowe, które zostało odpowiednio przygotowane na potrzeby lądowiska dla śmigłowców. Etap II dotyczył badań nośności układu konstrukcyjnego składającego się z pokrycia ELP-1 KRATER i nowo uformowanego podłoża gruntowego, które przeprowadzono z wykorzystaniem urządzenia HWD. W III etapie badań poligonowych przeprowadzono próby wytrzymałościowe, które polegały na obciążaniu dynamicznym rozłożonego 7265

7 pokrycia. Podczas trwania eksperymentu prowadzony był pomiar sił i odkształceń techniką tensometryczną. Dzięki temu określone zostały między innymi ugięcia pokrycia kompozytowego, siły reakcji w punktach mocowania pokrycia do podłoża i siły działające pomiędzy segmentami pokrycia. W artykule zostaną przedstawione wyniki uzyskane z I i II etapu badań poligonowych, zaś wyniki otrzymane w III etapie będą przedmiotem kolejnych publikacji. 3.1 Badania podłoża gruntowego Badania odbiorcze podłoża gruntowego uformowanego na potrzeby lądowiska dla śmigłowców LPR zostały wykonane z wykorzystaniem lekkiej płyty dynamicznej typu HMP LFG-K, aparatury VSS oraz ciężkiego ugięciomierza udarowego typu HWD [5]. Przy użyciu lekkiej płyty dynamicznej sprawdzono jednorodność podłoża gruntowego oraz określono moduł dynamiczny E vd. Pomiary wykonano w 9 punktach badawczych, tj. w 3 rzędach po 3 punkty pomiarowe w każdym rzędzie. Uzyskane wyniki przedstawiono poniżej w tabeli 3. Tab. 3. Wyniki badań lekką płytą dynamiczną Numer pomiaru Moduł dynamiczny E vd [MPa] Moduł statyczny E st [MPa] 1 51,6 100,6 2 94,5 184,3 3 74,7 145,7 4 64,7 126,2 5 80,9 157,8 6 54,1 105, ,8 214, ,8 198,5 Wartość średnia: 84,9 165,6 Na podstawie badań w różnych ośrodkach, które ustalały relacje między wynikami badań statycznych (aparaturą VSS) i wynikami badań dynamicznych (lekką płytą dynamiczną), można ustalić, że relacja ta jest następująca: E st E vd 1,95 (1) Wyznaczone na tej podstawie wartości modułów statycznych przedstawiono w powyższej tabeli 3. Kontrolne badanie nośności podłoża gruntowego wykonano także przy użyciu urządzenia VSS. W metodzie tej określa się moduł odkształcenia, który jest miarą nośności podłoża. Moduł odkształcenia E jest stosunkiem przyrostu obciążenia jednostkowego do przyrostu odkształcenia badanej warstwy, w ustalonym zakresie obciążeń jednostkowych, pomnożonych przez średnicę płyty obciążającej. Liczbowe wielkości uzyskanych wyników wyznaczono z zależności: 3 p E D (2) 4 s gdzie: p przyrost obciążenia jednostkowego w określonym zakresie, s przyrost odkształcenia odpowiadający przyjętemu zakresowi obciążeń jednostkowych, tj. 0,15 0,25 MPa (zakres jak dla warstwy nośnej), D średnica płyty obciążającej (300 mm). Pomiary realizowano zgodnie z normą BN-64/ Oznaczenie modułu odkształcenia nawierzchni podatnych i podłoża przez obciążenie płytą oraz PN-S-02205:1998 Drogi samochodowe. Roboty ziemne. Wymagania i badania. W trakcie przeprowadzonych badań uzyskano następujące wyniki, które zamieszczono w tabeli 4. Przebieg badania z wykorzystaniem aparatury VSS przedstawiono na rysunku

8 Tab. 4. Wyniki badań VSS Ciśnienie Wielkość średniego odkształcenia Średnia manometru zmierzonego na czujnikach s [mm] wartość p [MPa] I czujnik II czujnik III czujnik s [mm] 0,00 0,00 0,00 0,00 0,05 0,02 0,15 0,26 0,15 0,33 0,58 1,15 0,68 0,25 0,53 0,85 1,75 1,04 0,35 0,69 1,06 2,20 0,25 0,67 1,05 2,17 0,15 0,67 1,01 2,11 0,05 0,61 0, ,00 0,31 0,60 1,71 0,05 0,31 0,66 1,79 0,15 0,39 0,84 2,06 1,09 0,25 0,46 0,98 2,31 1,25 Rys. 11. Pomiar modułu odkształcenia podłoża urządzeniem VSS Wykorzystując zależność (2) wyznaczono moduły odkształcenia: pierwotny i wtórny, dla podłoża gruntowego (E 1 i E 2 ) stanowiącego wypełnienie badanego krateru. Wartości wyznaczonych modułów wynoszą odpowiednio: E 1 = 62,5 MPa, E 2 = 140,0 MPa. Na podstawie ww. wartości modułów odkształcenia, obliczono wskaźnik odkształcenia badanego podłoża gruntowego I o : E2 140,0 I o 2,2 (3) E 1 62,5 Obliczone wartości modułów odkształcenia podłoża na podstawie zarejestrowanych wartości odkształceń, potwierdziły właściwe przygotowanie i zagęszczenie nowo uformowanego podłoża gruntowego na potrzeby lądowiska dla śmigłowców LPR. Badania nośności podłoża gruntowego, przeprowadzone z wykorzystaniem ciężkiego ugięciomierza udarowego typu HWD (rysunek 12) potwierdziły dobrą korelację z powyżej przedstawionymi wynikami uzyskanymi z pomiarów lekką płytą dynamiczną i aparaturą VSS. Badanie to w relacji z ww. metodami pomiarowymi potraktowano jako niemające odpowiednika w dotychczasowej praktyce. Przedmiotowe urządzenie służy w istocie do określenia nośności układów konstrukcyjnych nawierzchni drogowych i lotniskowych. Moduł odkształcenia podłoża gruntowego wyznaczono na podstawie zależności (4), a jego wartość wyniosła 107,3 MPa q a E0 0 (4) u 0 gdzie: E 0 (0) moduł powierzchniowy pod płytą, a promień płyty obciążającej (150 mm), - współczynnik Poissona, u ugięcie w badanym punkcie (0 pod płytą), q naprężenie pod płyta obciążającą. 7267

9 Rys. 12. Badanie nośności podłoża gruntowego urządzeniem HWD Na podstawie przeprowadzonych badań polowych Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych opracował wymagania dla podłoża gruntowego, na którym rozkładane będzie mobilne, pokrycie kompozytowe ELP-1 KRATER na potrzeby lądowiska dla śmigłowców LPR, tj.: moduł dynamiczny podłoża E vd określony w badaniach sprawdzających lekką płytą dynamiczną nie powinien być mniejszy niż 50,0 MPa, wtórny, statyczny moduł odkształcenia podłoża E 2 określony aparaturą VSS nie powinien być mniejszy niż 100 MPa. 3.2 Badanie nośności układu konstrukcyjnego Badanie nośności układu konstrukcyjnego składającego się z mobilnego pokrycia kompozytowego ELP-1 KRATER i nowo uformowanego podłoża gruntowego, zostało wykonane z wykorzystaniem ciężkiego ugięciomierza udarowego typu HWD. Ugięciomierz typu HWD (Heavy Weight Deflectometer) jest urządzeniem przeznaczonym do pomiarów ugięć sprężystych nawierzchni drogowych i lotniskowych pod wpływem obciążenia dynamicznego [2, 3]. Urządzenie działa na zasadzie zrzutu odpowiedniego obciążenia na płytę dociskową z elementem tłumiącym, spoczywającą na badanej nawierzchni (rysunek 13). W momencie zrzutu czujniki (geofony) umieszczone na listwie oraz pod samą stopą, mierzą wartości ugięcia oraz jego zmianę w czasie. Moduły sprężystości poszczególnych warstw konstrukcyjnych badanej nawierzchni za pomocą ugięciomierza HWD wyznaczane są z zależności (4). Następnie należy dokonać iteracyjnego porównywania zmierzonych ugięć i ugięć teoretycznych tak, aby funkcja F miała wartość minimalną: F gdzie: w j obliczone ugięcia nawierzchni w odległości r od środka płyty, u j pomierzone ugięcia nawierzchni w odległości r od środka płyty, k liczba czujników (punktów opisujących czaszę ugięć) równa 9. k j 1 2 ( w j u j ) (5) Rys. 13. Badanie nośności całego układu konstrukcyjnego ugięciomierzem HWD Na podstawie przeprowadzonych pomiarów ugięć na kompozytowym pokryciu lotniskowym ELP- 1 KRATER, rozłożonym na nowo uformowanym podłożu gruntowym, uzyskano następującą zależność ugięcia w od współczynnika reakcji podłoża k, którą przedstawiono na rysunku

10 Ugięcie w [mm] Zależność ugięcia w analizowanego układu konstrukcyjnego i podłoża gruntowego od współczynnika reakcji podłoża k Współczynnik reakcji podłoża k [MN/m 3 ] Podłoże gruntowe - wypełnienie leja Układ konstrukcyjny: podłoże gruntowe + ELP-1 KRATER Rys. 14. Zależność ugięcia analizowanego układu konstrukcyjnego od współczynnika reakcji podłoża Z analizy powyższego wykresu wynika, że zastosowanie kompozytowego pokrycia lotniskowego na przygotowanym podłożu gruntowym, powoduje zmniejszenie ugięć sprężystych całego układu konstrukcyjnego, co jednocześnie wskazuje na zwiększenie jego nośności. Spadek ugięć jest uzależniony od nośności podłoża gruntowego, wyrażonego współczynnikiem reakcji podłoża k. Dla k<70mn/m 3 (podłoża gruntowego o bardzo niskiej, niskiej i częściowo średniej nośności), pokrycie lotniskowe ELP-1 KRATER ma duży udział w przenoszeniu i przekazywaniu obciążeń, natomiast dla 3 k 70MN / m (podłoże gruntowe o średniej i wysokiej nośności) udział pokrycia we współpracy z podłożem jest ograniczony. Zrealizowane badania terenowe na elastycznym pokryciu kompozytowym ELP-1 KRATER potwierdziły uzyskanie niższych wartości ugięć sprężystych w porównaniu do wyników otrzymanych dla podłoża gruntowego (zarejestrowano spadek ugięć o 37 %). Przeprowadzona następnie analiza nośności rozpatrywanego układu konstrukcyjnego złożonego z mobilnego pokrycia kompozytowego oraz uformowanego podłoża gruntowego potwierdziła, że spełnia on wymagania nośności i zapewnia warunki bezpieczeństwa podczas wykonywania operacji lotniczych przez śmigłowce LPR. PODSUMOWANIE Ideą Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych oraz Stoczni Żuławy (producenta elastycznego pokrycia lotniskowego ELP-1 KRATER) jest stworzenie mobilnego, kompozytowego lądowiska dla śmigłowców, które będzie mogło być niewielkim nakładem pracy i stosunkowo szybko przygotowane do przyjęcia śmigłowców LPR. Solidną podstawę do zbudowania przedmiotowego lądowiska stanowi pokrycie kompozytowe ELP-1 KRATER. Proponowane rozwiązanie może być przeznaczone nie tylko dla Lotniczego Pogotowia Ratunkowego, ale także dla służb porządku publicznego, tj.: Policji, Państwowej Straży Pożarnej, Straży Granicznej, szpitali w aglomeracjach miejskich oraz dla Sił Zbrojnych RP. W referacie przedstawiono wyniki wybranych badań materiałowych i poligonowych składanej nawierzchni lotniskowej przeznaczonej do budowy mobilnego, kompozytowego lądowiska dla śmigłowców. Do jego głównych zalet można zaliczyć: mobilny charakter lądowiska, stosunkowo krótki czas montażu i demontażu lądowiska, łatwość transportu drogą lądową i powietrzną, możliwość wykonania lądowiska w terenie przygodnym, możliwość wielokrotnego zastosowania, zabezpieczenie śmigłowców przed uszkodzeniem, tj. podrywaniem przez wirniki śmigłowców pyłu, piasku i drobnych kamieni. Układ konstrukcyjny, składający się z przenośnego pokrycia kompozytowego i nowo uformowanego podłoża gruntowego, zbudowany na potrzeby lądowiska, spełnia warunki bezpieczeństwa podczas wykonywania operacji lotniczych przez śmigłowce. Mobilne lądowiska 7269

11 kompozytowe mogą również znaleźć szerokie zastosowanie w sytuacjach kryzysowych na terenie kraju i w misjach poza granicami Polski. Streszczenie Śmigłowce stanowią środek transportu, który jest powszechnie wykorzystywany w Lotniczym Pogotowiu Ratunkowym (LPR), Straży Granicznej, Policji, Straży Pożarnej oraz Siłach Zbrojnych RP. Wynika to przede wszystkim z faktu, iż śmigłowiec jest w stanie wylądować praktycznie wszędzie. Niestety wiąże się to z pewnym ryzykiem, gdyż lądowanie na nieprzygotowanym lądowisku stwarza zagrożenie uszkodzenia śmigłowca. Mając to na uwadze, Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych proponuje stworzenie, a następnie wprowadzenie do użytku mobilnego, kompozytowego lądowiska dla śmigłowców, nie tylko dla Lotniczego Pogotowia Ratunkowego, ale także dla służb porządku publicznego, w aglomeracjach miejskich oraz dla Sił Zbrojnych RP. W referacie przedstawiono walory eksploatacyjne i użytkowe kompozytowego pokrycia lotniskowego typu ELP-1 KRATER, które stanowi solidną podstawę do wykonania mobilnego lądowiska dla śmigłowców LPR. Ponadto, omówiono wybrane wyniki badań laboratoryjnych i poligonowych proponowanego pokrycia kompozytowego, które zostały przeprowadzone przez Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych. Słowa kluczowe: ratownictwo, transport, lądowiska dla śmigłowców, pokrycia kompozytowe, mobilne. Mobile composite helicopter landing pad for air ambulance services Abstract Helicopters are commonly used in the Polish Medical Air Rescue, Border Guard, Police, Fire Service and Polish Armed Forces. It results mainly from the fact that a helicopter is able to land practically anywhere. Unfortunately, it entails some risk, as the landing on an unprepared airfield poses a threat of a damage to a helicopter. Keeping that in mind, Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych proposes the development and subsequent putting into operation of a mobile composite helicopter landing pad, which may be used not only by the Medical Air Rescue, but also by law enforcement agencies, in urban agglomerations and by the Polish Armed Forces. The paper presents values concerning the operation and use of the ELP-1 KRATER airfield coating, which constitutes a solid basis for construction of a mobile landing pad for Medical Air Rescue helicopters. Moreover, chosen results of laboratory and field tests of the proposed composite coating conducted by Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych have also been discussed. Keywords: rescue, transport, helicopter landing pads, composite coatings, mobile. BIBLIOGRAFIA 1. Boczkowska A., Kapuściński J., Puciłowski K., Wojciechowski S. Kompozyty, WPW, Warszawa ICAO, Aerodrome Design Manual Part 3, Pavements, Doc-9157-AN/901, Nita P., Budowa i utrzymanie nawierzchni lotniskowych, WKŁ, Warszawa Nita P., Określenie wymagań fizyko mechanicznych dla przenośnych pokryć lotniskowych, ITWL, Warszawa Wesołowski M., Nośność mobilnych pokryć kompozytowych stosowanych do odbudowy nawierzchni lotniskowych, Rozprawa doktorska, WAT, Warszawa Wesołowski M., Pokrycie kompozytowe typu KRATER do odbudowy nawierzchni drogowych i lotniskowych w sytuacjach losowych, Nowoczesne technologie w budownictwie drogowym, Poznań