Взлет и посадка — это ключевые этапы безопасности полетов, и многие аварии происходят именно в эти моменты. Когда самолет выкатывается за пределы взлетно-посадочной полосы (ВПП) из-за внештатной ситуации — вся надежда на систему задержания в конце ВПП, которая служит амортизирующей преградой.
Китайские ученые разработали специальный сверхлегкий пенобетон для покрытия этой зоны ВПП, сообщила газета Science and Technology Daily. Внешне он ничем не отличается от обычного бетона — но в критический момент способен за несколько секунд плавно остановить многотонный авиалайнер.
Решение с низкой стоимостью и высокой эффективностью
Для обеспечения безопасности взлета и посадки гражданских самолетов Международная организация гражданской авиации (ИКАО) требует, чтобы современные крупные аэропорты оборудовали зону безопасности в конце ВПП. Ее длина должна составлять не менее 90 метров (рекомендуется 240), а ширина — в два раза превышать ширину самой ВПП. В случае выкатывания самолета за пределы полосы эта зона минимизирует возможный ущерб для воздушного судна и пассажиров.
Чтобы зона безопасности выполняла свою функцию, материал покрытия не должен быть ни слишком твердым, ни слишком мягким: он должен останавливать самолет, не нанося ему серьезных повреждений. Изначально в качестве такого покрытия использовали траву, песок и даже водоемы.
«Однако у этих материалов есть существенные недостатки: вода может замерзать или привлекать животных, а грунтовые покрытия слишком чувствительны к перепадам температуры и влажности, что делает их механические свойства нестабильными», — говорит инженер-разработчик Фан Цзюнь из Китайского научно-исследовательского института строительных материалов.
После многолетних исследований лучшим для систем задержания был признан сверхлегкий пенобетон.
По словам Фан Цзюня, этот материал похож на сладкую вату или зефир. Его пористость превышает 80%, а вес кубометра составляет всего около 200 кг — в 10 раз меньше, чем у обычного бетона. Благодаря такой структуре он обладает уникальным свойством — разрушаться, поглощая энергию.
Когда тяжелый самолет выкатывается за пределы ВПП и попадает в зону безопасности, пенобетон мгновенно разрушается под его весом, поглощая кинетическую энергию и позволяя самолету плавно остановиться.
Точный контроль прочности и долговечности
Чтобы пенобетон эффективно поглощал энергию, его прочность при разрушении должна быть строго определенной. Например, для Boeing 747 она должна быть в узком диапазоне 0,30–0,35 МПа.
«Обычно для пенобетона чем выше прочность, тем лучше. Но наш материал, наоборот, должен иметь низкую прочность, причем в очень узком диапазоне», — объясняет инженер.
Это предъявляет крайне высокие требования к технологии производства.
Зарубежные аналоги используют сульфоалюминатный цемент, который быстро твердеет, но со временем может рассыпаться, теряя прочность. Кроме того, такие материалы стоят дорого, что делает их недоступными для небольших аэропортов.
«Мы решили разработать собственную технологию», — говорит Фан.
Опираясь на опыт в неорганической химии, команда подобрала оптимальные компоненты, включая пенообразователи и воздухововлекающие добавки. Ключевым этапом стало создание стабильной пены. Ученые ввели малеиновый канифольный пенообразователь, который укрепляет стенки пузырьков, предотвращая их разрушение.
Обеспечение долговечности
Система задержания должна годами выдерживать воздействие окружающей среды, не теряя своих свойств. Для этого разработана технология двухступенчатого контроля прочности, позволяющая материалу постепенно восстанавливаться, компенсируя естественный износ.
«Обычно в бетоне, помимо цемента, есть шлак и зола, которые тоже влияют на прочность. Но это усложняет контроль. Мы использовали инертные добавки, чтобы прочность зависела только от цемента», — подчеркивает Фан Цзюнь.
Ученые также установили зависимость между размером частиц цемента и скоростью его гидратации, что позволило точно регулировать процесс набора прочности.
Практика применения показала, что система, установленная в 2018 году в высокогорном аэропорту Линьчжи Милин, до сих пор сохраняет стабильность прочности с отклонением всего 3% при допустимых 10%.
На сегодняшний день технология применяется в 14 аэропортах Китая, обеспечивая безопасность каждой посадки.
Инженеры создали прочные кирпичи из кофейной гущи
Оценена угроза безопасности полетов из-за плазменных пузырей в небе
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram