2. Сдвигающаяустойчивость а/б при высокой температуре(уравнение кулона).

Результаты специальных исследований показывают, что аэродромные покрытия, находящиеся в зоне контакта с реактивной газовой струей двигателя, испытывают воздействие нескольких сил, кроме рассмотренных выше пульсаций давлений в пристеночном слое струи.

При оценке аэродинамической сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий и слоев усиления следует учитывать следующие составляющие газодинамического воздействия газовой струи:

- динамическое давление газового потока при взаимодействии струи с покрытием;

- силы сопротивления, обусловленные трением в пограничном слое при обтекании потоком поверхности покрытий;

- подъемные силы, создаваемые перепадом давлений при обтекании поверхности покрытия, имеющего трещины, и турбулентностью струйного потока.

Аэродинамические силы, действующие на покрытие, представленные двумя составляющими: вертикальной Рв, удерживающей покрытие, и горизонтальной Pr, стремящейся сдвинуть или поднять покрытие, определяются следующими взаимосвязями:

(3.1)

(3.2)

где ρ - плотность газовоздушной смеси в струе на расстоянии от среза сопла;

ИСР - средняя скорость газового потока;

S - единица расчетной площади обдуваемой поверхности;

βо - угол атаки газового потока;

К d - коэффициент динамичности струйного воздействия, равный 1,25;

Кε -коэффициент турбулентности струи, равный в среднем 1,3 (уточняется экспериментом для каждого типа двигателя);

Сх, Сγ - коэффициенты сопротивления и подъемной силы, определяемые экспериментально.

Аэродинамические коэффициенты сил сопротивления и подъемной силы Сх, Сγ изменяются в широких пределах и зависят от размеров обтекаемых объектов и их расположения по отношению к газовой струе. Для плоских гладких объектов эти коэффициенты имеют величину порядка 0,01 (асфальтобетонные покрытия хорошего качества). При наличии небольшого количества на поверхности трещин величина коэффициентов увеличивается до 0,1. Для сильно разрушенных поверхностей асфальтобетонных покрытий, имеющих разветвленную сеть трещин, а также для упрощенных и дерновых покрытий, величины этих коэффициентов составляют от 0,2 до 0,5 в зависимости от степени разрушения и характера неровностей поверхностей.

Для обеспечения устойчивости работы асфальтобетонного покрытия при воздействии струи необходимо, чтобы вес единицы площади (расчетной) слоя покрытия (Р) был больше отрывающего усилил Ротр., т. е. Р > Ротр, где Ротр = Рг-Рв.

Из этого условия, например, минимальная толщина слоя асфальтобетона составит

(3.3)

где - - отрывающее усилие, отнесенное к единице площади;

γаб. - объемный вес асфальтобетона.

Необходимую толщину асфальтобетонного слоя, особенно в случае усиления существующих покрытий при реконструкции аэродромов, наряду с учетом эффекта струйного воздействия, следует определять с учетом устанавливаемого класса аэродрома и категории нормативной нагрузки. Необходимо также учитывать состояние существующего покрытия, естественного и искусственного оснований и дренажно-водосточной сети; местных гидрогеологических условий; характеристики материалов существующего покрытия и основания; высотного положения поверхности покрытия и другие факторы.

Рис 3.1. Зависимость толщины асфальтобетонных слоев, укладываемых в нежестком покрытии (1), и в качестве слоев усиления (2-4) жестких покрытий в зависимости от развиваемого газодинамического усилия при обтекании покрытая газовоздушной струей низкорасположенного двигателя (2- I категория разрушения усиливаемого покрытия; 3- II категория разрушения; 4- III категория разрушения)

На рис. 3.1. представлена зависимость толщины асфальтобетонных покрытий при их укладке на нежесткие конструкции и в качестве слоев усиления жестких покрытий в зависимости от развиваемого газодинамического усилия при обтекании поверхности покрытия газовоздушными струями низкорасположенных двигателей современных широкофюзеляжных воздушных судов. Нелинейная зависимость обусловлена учетом влияния сжимаемости и температуры вещества струи при расчете удельного веса отрывающего усилия. В графиках заложено влияние высокой турбулентности струи (до 50 % от аэродинамической силы поднятия) при вероятном появлении автоколебаний пульсаций давления в струе. При отсутствии такого явления влияние турбулентности может быть снижено до 20-25 %. На рис. 3.1 толщина потребного слоя усиления асфальтобетона зависит от категории разрушения усиливаемого покрытия. Рост толщины слоя асфальтобетона в зависимости от категории разрушения жесткого покрытия обусловлен существенным влиянием эффекта степени отраженного трещинообразования асфальтобетонного слоя, что приводит к повышению риска срыва отдельных участков асфальтобетона, пораженных сильным трещинообразованием. Разумеется, использование конструктивных мероприятий, повышающих устойчивость асфальтобетонных слоев при струйном обтекании их поверхности, например, использование надежного склеивания слоев с усиливаемым покрытием, или, наоборот, устройством трещинопрерывающих прослоек, или армирования асфальтобетона - позволит снизить потребную указанную на рис. 3.1 толщину слоя.

В настоящее время достаточно полно развита механика разрушения, которая может использоваться для прогнозирования трещинообразования асфальтобетонных слоев.

Идея расчета толщины слоя асфальтобетона с позиций линейной механики разрушения сводится к анализу проведения вероятной наиболее опасной трещины размером « L». В роли « L» могут выступить, например, глубина шва в усиливаемом покрытии, размер наиболее крупной фракции заполнителя и т.д. в виде трещины нормального разрыва. Из решения соответствующей краевой задачи находится коэффициент интенсивности напряжений К1 как функция длины трещины « I», внешней нагрузки, температурных воздействий, геометрических размеров (толщины) слоев и их упругих характеристик; на основе анализа полученной функции К1 делается вывод о возможности или невозможности торможения трещины нижележащими слоями и достаточности толщины слоя асфальтобетона.

С позиций механики разрушения исследовалось влияние отношения толщин цементобетонной плиты и слоя асфальтобетона на безразмерный коэффициент интенсивности напряжений ( рис. 3.2.) [ 13].