Поверхность торможения для транспортного средства
Формула / Реферат
1. Система для замедления транспортного средства, содержащая область замедления с трактом, заполненным пеностеклянным наполнителем, размеры частиц которого составляют от 0,25 до 15 см, а номинальная объемная доля пустот составляет от порядка 70 до 98%; и верхнее покрытие в виде слоя материала, закрывающего верхнюю поверхность тракта с пеностеклянным наполнителем.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что пеностеклянный наполнитель изготовлен из известково-натриевого стекла или натриевого стекла с номинальной объемной долей пустот в диапазоне, начинающемся одним из следующих значений: 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93 и 94% и заканчивающемся одним из следующих значений: 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94 и 95%.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что номинальная объемная доля пустот находится в одном из следующих диапазонов: от 80 до 90%, от 83 до 88% и от 85 до 87%.
4. Система по п.2 или 3, отличающаяся тем, что пеностеклянный наполнитель имеет градацию размеров частиц в любом диапазоне, начинающемся одним из следующих значений: 0,25, 0,30, 0,40, 0,50, 0,60, 0,70, 0,80, 0,90, 1,00, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,2, 2,4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5 и 5,0 см и заканчивающемся одним из следующих значений: 5,5, 6,0, 6,5, 7,0, 8,5, 9,0, 9,5, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 см.
5. Система по п.4, отличающаяся тем, что пеностеклянный наполнитель имеет градацию размеров частиц в одном из следующих диапазонов: от 0,25 до 10 см, от 0,5 до 8 см, от 0,7 до 7 см и от 1 до 6 см.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что пеностеклянный наполнитель имеет номинальную объемную долю пустот 93,8%, частицы наполнителя имеют градацию 0,4-6,3 см и средний размер частиц 4,8 см, глубина тракта составляет 91 см, а длина тракта составляет 200 м.
7. Система по п.6, отличающаяся тем, что размеры частиц пеностеклянного наполнителя распределены следующим образом: 0,88% по массе частиц имеет размеры от 4 до 8 мм, 0,29% по массе частиц имеет размеры от 8 до 12,5 мм, 1,03% по массе частиц имеет размеры от 12,5 до 14 мм, 1,91% по массе частиц имеет размеры от 14 до 16 мм, 4,21% по массе частиц имеет размеры от 16 до 20 мм, 33,45% по массе частиц имеет размеры от 20 до 31,5 мм, 35,30% по массе частиц имеет размеры от 31,5 до 40 мм, 15,13% по массе частиц имеет размеры от 40 до 50 мм, 5,74% по массе частиц имеет размеры от 50 до 63 мм и 0,31% по массе частиц имеет размеры свыше 63 мм.
8. Система по п.4, отличающаяся тем, что верхнее покрытие представляет собой одно из следующих: полимерные брезенты, полимерные пленки или искусственное травяное покрытие.
9. Способ формирования системы для замедления транспортных средств по одному из пп.1-8, в котором формируют тракт в грунте, где необходимо затормозить транспортные средства; заполняют тракт пеностеклянным наполнителем, размеры частиц которого составляют от 0,25 до 15 см, а номинальная объемная доля пустот составляет от порядка 70 до 98%; и закрывают верхнюю поверхность тракта верхним покрытием.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что подлежащие замедлению транспортные средства представляют собой воздушные суда, причем тракт формируют возле конца взлетно-посадочной полосы таким образом, что его глубина составляет 91 см, а длина - 200 м, используют пеностеклянный наполнитель с номинальной объемной долей пустот 93,8%, градацией размеров частиц наполнителя 0,4-6,3 см и средним размером частиц 4,8 см и закрывают пеностеклянный наполнитель искусственным травяным покрытием в качестве верхнего покрытия.

Текст
ПОВЕРХНОСТЬ ТОРМОЖЕНИЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Изобретение относится к тормозным трактам для замедления транспортных средств, в частности пассажирских воздушных судов, не способных остановиться на взлетно-посадочной полосе. Система содержит тормозную область (А) с трактом, заполненным пеностеклянным наполнителем(1) с размерами частиц в диапазоне от 0,25 до 15 см и номинальной объемной долей пустот от приблизительно 70 до 98%, и верхнее покрытие (4) для верхней поверхности тракта с пеностеклянным наполнителем. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к тормозным трактам для замедления транспортных средств, таких как воздушные суда, не способные остановиться на имеющейся взлетно-посадочной полосе. Предшествующий уровень техники Одной проблемой безопасности в авиации является то, что воздушные суда во время взлета или посадки иногда выкатываются за пределы имеющейся взлетно-посадочной полосы и заканчивают совершаемое действие на территории за пределами взлетно-посадочной полосы. Имеется несколько примеров таких происшествий с катастрофическими результатами как с точки зрения материального ущерба, так и с точки зрения гибели/серьезного вреда здоровью людей. Выявлен набор возможных причин таких происшествий, например, запоздалое выявление механических неисправностей воздушного судна, требующих прервать взлет; возникшие при взлете или посадке поломки воздушного судна; неожиданные природные явления; ошибки пилота и т.д. Широкое разнообразие причин выкатывания за пределы взлетно-посадочной полосы делает маловероятным то, что возможно принять меры для полного предотвращения этих ситуаций в авиации. Поэтому для ослабления и избегания серьезных последствий ситуаций выкатывания необходимо оборудовать взлетно-посадочные полосы средствами для остановки и/или замедления воздушных судов,выкатывающихся за пределы взлетной посадочной полосы, безопасным образом. Для аэродромов с большим имеющимся пространством за пределами взлетно-посадочной полосы одним очевидным решением является простое удлинение взлетно-посадочной полосы, с тем чтобы предоставить воздушным судам достаточно пространства для остановки путем использования их тормозов или мощности реверсивного вращения двигателей. Однако многие аэродромы не имеют пространства для достаточного удлинения взлетно-посадочной полосы, и, кроме того, имеются происшествия, в которых выкатывание вызвано отказом систем торможения воздушных судов. Поэтому является выгодным оборудовать аэродромы одним или более средством для приложения внешнего замедляющего усилия к воздушным судам, выкатывающимся за конец взлетно-посадочной полосы, которое (средство) способно вынуждать воздушное судно остановиться с величиной замедления, которая приемлема для механической конструкции воздушного судна, в особенности посадочного шасси, и людей на борту воздушного судна. Одним известным решением для вынуждения воздушных судов (или других колесных транспортных средств) остановиться является наличие тормозной зоны. Тормозная зона представляет собой зону с пологим трактом, имеющим относительно мягкий материал поверх твердого материала, способного нести колеса транспортного средства. Когда транспортное средство входит в тормозную зону, его колеса углубляются внутрь мягкого материала и поэтому получают значительное увеличение нагрузки лобового сопротивления. Мягкая масса тормозной зоны, таким образом, поглощает кинетическую энергию транспортного средства и вынуждает его безопасно остановиться. Тормозные зоны являются привлекательными для использования на аэродромах ввиду того, что они являются пассивными по своей сути и не имеют подвижных частей, благодаря чему они всегда готовы для использования. Один пример тормозных зон раскрыт в документе US 3066896, согласно которому тормозная система состоит из наполненного жидкостью пологого резервуара длиной приблизительно 300 м, помещенного у конца взлетно-посадочной полосы, который накрыт прочным, но гибким верхним покрытием. Наполненный жидкостью резервуар с верхним покрытием формирует мягкую зону у конца взлетнопосадочной полосы, которая продавливается колесами воздушного судна, движущегося по верхнему покрытию. Ввиду необходимости отталкивания нижележащей жидкости, когда колеса катятся по верхнему покрытию, продавленная зона создает значительное увеличение сопротивления качению колес и, следовательно, функционирует в качестве тормозной зоны, которая прикладывает замедляющее усилие к воздушному судну.US 3967704 раскрывает использование дробимого материала на тормозном тракте вблизи пути транспортного средства. Транспортное средство, съезжающее со своего пути, входит в зону со слоем этого дробимого материала; колеса транспортного средства входят внутрь дробимого материала, что создает значительное сопротивление качению, которое замедляет транспортное средство. Дробимый материал представляет собой отвержденный пеноматериал с прочностью на сжатие от приблизительно 100 до 350 кПа (от 15 до 50 фунтов/кв.дюйм), которая подбирается для обеспечения замедления воздушного судна порядка 0,7-0,9g. Карбамидные/формальдегидные смолы указаны как подходящие отвержденные пеноматериалы.US 5193764 раскрывает тормозной тракт из плит жесткого, хрупкого, огнестойкого пеноматериала,соединенных для формирования панели. Плиты из пеноматериала должны предпочтительно быть выполнены из фенольного пенопласта, иметь толщину в диапазоне 2,5-15,2 см и прочность на сжатие в диапазоне от 137 до 552 кПа (от 20 до 80 фунтов/кв.дюйм). Федеральное Авиационное Управление США исследовало использование различных материалов для изготовления тормозных зон для воздушных судов. В исследованиях, проведенных Робертом Куком(Robert Cook) и другими, "Soft Ground Aircraft Arrestor Systems: Final Report" ("Мягкие наземные тормозные системы для воздушных судов: окончательный отчет"), Washington DC, Federal Aviation Administra-1 023395tion, 1987, FAA/PM-87-27, и "Evaluation of a Foam Arrestor Bed for Aircraft Safety Overrun Areas" ("Оценка тормозного тракта с пеноматериалом для областей безопасности при выкатывании воздушного судна за пределы взлетно-посадочной полосы"), Dayton: University of Dayton Research Institute, 1988, UDR-TR-8807, говорится о необходимости наличия мягких материалов с надежными и постоянными механическими свойствами при изменяющихся климатических условиях. Механические свойства мягких материалов,таких как глина или песок, зависят от содержания влаги, т.е. сухая глина является твердой и обеспечивает малый эффект лобового сопротивления, в то время как мокрая глина является настолько мягкой, что колеса могут погружаться слишком глубоко и получать лобовое сопротивление, которое разрушает посадочное шасси. Выяснили, что пологие резервуары с водой работают удовлетворительно в качестве тормозных трактов для воздушных судов при скоростях 90 км/ч (50 узлов) или меньше, но привлекают птиц, а также имеют проблемы с замерзанием в холодных климатах. Еще одной возможной проблемой с тормозными трактами является то, что колеса воздушных судов могут подбрасывать частицы материала,которые могут всасываться двигателями воздушных судов, когда воздушное судно проходит на большой скорости над тормозным трактом. В отчетах Кука (Cook) и других также исследовалась пригодность различных тормозящих пеноматериалов, и в этом отношении выяснили, что асбестоцементные пеноматериалы имеют выгоды перед полимерными пеноматериалами. В других исследованиях, проведенных Уайтом (White) и Агравалом (Agrawal), "Soft Ground Arresting Systems for Airports: Final Report" ("Мягкие наземные тормозные системы для аэропортов: окончательный отчет"), Washington DC, Federal Aviation Administration, 1993, CT-93-80 выяснили, что дробимые материалы, такие как фенольный пенопласт и ячеистый цемент, имеют преимущества в обеспечении прогнозируемой нагрузки лобового сопротивления, прикладываемой к посадочному шасси, и постоянных механических свойств в широком диапазоне температур. Ячеистый цемент выбран ввиду его почти нулевого отскока после дробления и химически инертного состава.US 6726400 раскрывает тормозной тракт из ячеистого бетона, имеющий некоторые длину, ширину и толщину, включающий первый и второй поперечные ряды блоков из сжимаемого ячеистого бетона,причем каждый блок имеет характеристику градиентной прочности на сжатие (ГПЖ), представляющую выбранный градиент прочности на сжатие по глубине на глубине вхождения от 10 до 60% толщины блока, при этом градиент прочности на сжатие выбран для обеспечения постепенного замедления транспортного средства, входящего в указанный тракт. Описано, что бетонные блоки имеют плотность в сухом состоянии из диапазона 192-352 кг/м 3, первый ряд блоков должен иметь характеристику ГПЖ 60/80,номинально равную 482,6 МПа (70 фунтов/кв.дюйм), а второй ряд блоков должен иметь характеристику ГПЖ 80/100, номинально равную 620,5 МПа (90 фунтов/кв.дюйм) при округлении на указанной глубине вхождения указанных соответствующих блоков. Исследование, проведенное Стенли (Stenly), "Report of Concrete Testing, Project: Engineered MaterialArresting System Minneapolis/St. Paul Airport" ("Отчет об испытаниях бетона; проект: тормозная система из бетона, Миннеаполис, Аэропорт Св. Павла"), American Engineering Testing Inc, 2007, 05-03306, показало, что рабочие свойства тормозного приспособления, выполненного из бетона, ухудшились с момента установки в 1999 году. Сущность изобретения Основной задачей изобретения является создание тормозной системы, способной безопасно замедлять транспортные средства. Еще одной задачей изобретения является создание тормозной системы, которую можно использовать с разными воздушными судами. Изобретение основано на понимании того, что грубо фрагментированный вспененный наполнитель,изготовленный из стекла, может быть использован для формирования тормозных трактов для торможения транспортных средств, которые (тракты) требуют низких капиталовложений и низких издержек на содержание, и на обнаружении того, что пеностеклянные наполнители проявляют экспоненциальное увеличение поглощения энергии при увеличении степени сжатия. Названное последним обнаружение обеспечивает преимущество в том, что степень сжатия материала в тормозном тракте является функцией глубины вхождения колес тормозимого транспортного средства, так что экспоненциальное увеличение поглощения энергии при увеличении глубины вхождения колес делает пеностеклянный наполнитель очень подходящим для использования в универсальных тормозных трактах, предназначенных для использования с транспортными средствами, сильно отличающимися массой. Термин "стекло" в настоящем документе означает аморфное твердое тело, представляющее собой известково-натриевое стекло или натриевое стекло, но может также представлять собой стекло других типов, такое как боросиликатное стекло. Известково-натриевое стекло обычно изготавливается путем плавления сырьевых материалов, включающих одно или более из следующего: карбонат натрия (сода),известняк, доломит, диоксид кремния, оксид алюминия и небольшие количества добавок. Боросиликатные стекла изготавливаются путем плавления оксида бора, диоксида кремния и небольших количеств добавок. Термин "пеностеклянный наполнитель" в настоящем документе означает стекло, которое расплавили, аэрировали, отвердили, а затем раздробили на частицы с размерами из диапазона от 0,25 до 15 см ( от 0,1 до 5,9 дюймов). Аэрированное стекло может иметь номинальную объемную долю пустот от приблизительно 70 до приблизительно 98%. Таким образом, согласно первому аспекту изобретением предлагается тормозная система для транспортного средства, содержащая тормозную область с трактом, заполненным пеностеклянным наполнителем, размеры частиц которого составляют от 0,25 до 15 см, а номинальная объемная доля пустот составляет от порядка 70 до 98%; и верхнее покрытие, закрывающее верхнюю поверхность тракта с пеностеклянным наполнителем. Согласно второму аспекту изобретением предлагается способ торможения транспортных средств, в котором формируют тракт в грунте, где необходимо затормозить транспортные средства; заполняют тракт пеностеклянным наполнителем, размеры частиц которого составляют от 0,25 до 15 см, а номинальная объемная доля пустот составляет от порядка 70 до 98%; и закрывают верхнюю поверхность тракта верхним покрытием. Согласно третьему аспекту изобретением предлагается применение пеностеклянного наполнителя в тормозных системах для транспортных средств. Согласно четвертому аспекту изобретением предлагается применение пеностеклянного наполнителя с размерами частиц в диапазоне от 0,25 до 15 см и номинальной объемной долей пустот от порядка 70 до 98% в тормозных системах для транспортных средств. Термин "транспортное средство" в настоящем документе означает любую самодвижущуюся механическую конструкцию, которая движется на земле путем использования колес и/или гусениц. Этот термин также включает воздушные суда, движущиеся по грунту/аэропорту. Он может также включать несамодвижущиеся транспортные средства, такие как велосипеды. Термин "верхнее покрытие" в настоящем документе означает любое покрытие наполнительной массы, которое защищает наполнительную массу от загрязнения или наполнения частицами пыли из воздуха, воздействия растущих растений или других воздействий окружающей среды, которые ухудшают рабочие характеристики пеностеклянной наполнительной массы. Верхнее покрытие должно быть достаточно механически прочным для сохранения основного объема наполнительной массы чистым, но не настолько прочным, чтобы мешать колесам транспортного средства тормозиться за счет продавливания этого покрытия и вхождения в наполнительную массу. Примерами подходящих верхних покрытий являются полимерные брезенты, полимерные пленки, искусственное травяное покрытие и т.д. Тем не менее,может быть использовано любое покрытие, способное защищать наполнительную массу, но не способное нести колеса транспортного средства. Верхнему покрытию, что является благоприятным, может быть придана декоративная функция путем применения материалов с эстетичным внешним видом или материалов, которые гармонируют с окружающей обстановкой. Искусственное травяное покрытие, имитирующее вид травяного газона, может быть примером эстетичного верхнего покрытия. Термин "номинальная объемная доля пустот" в настоящем документе включает объемные доли пустот, которые обусловлены микроструктурными порами пеностекла и пустотами между кусками наполнителя; общая номинальная объемная доля пустот, таким образом, должна пониматься как эффект этих двух долей, учтенных одновременно. Номинальная объемная доля пустот, таким образом, определяет общую плотность (т.н. насыпную плотность) пеностеклянного наполнителя. В случае, например, использования силикатного стекла, которое имеет плотность при нулевой номинальной объемной доле пустот приблизительно 2500 кг/м 3, номинальная объемная доля пустот 98% будет, таким образом, означать, что 1 м 3 пеностеклянного наполнителя имеет массу приблизительно 50 кг, в то время как номинальная объемная доля пустот 70% соответствует массе приблизительно 750 кг/м 3. Термин "тракт" в настоящем документе следует понимать как общий термин, включающий любую форму углубления/полости, сформированного или сформированной в грунте. Углубление/полость может просто быть сформировано или сформирована путем удаления некоторого объема грунта с последующим заполнением углубления/полости пеностеклянным наполнителем для формирования тракта с наполнителем, верхняя поверхность которого выровнена с поверхностью окружающего грунта. Альтернативно, пеностеклянный наполнитель в тракте может удерживаться на месте путем использования уступов или других форм механической структуры, т.е. стенок, по периметру тракта в случаях, когда нужна большая механическая упругость. Тракт может также быть уложен на грунт либо без формирования углубления/полости, либо, альтернативно, путем формирования малого углубления/малой полости, так что тракт с пеностеклянным наполнителем выступает на некоторое расстояние над уровнем поверхности грунта. В этих случаях наполнительная масса должна удерживаться путем использования уступов или другой формы механической структуры по периметру тракта. Если уступы/механическая структура выступают на некоторое расстояние над уровнем грунта, то последний вариант осуществления может нуждаться в средствах для обеспечения плавного входа транспортного средства в тракт с наполнителем, таких как, например, уклон и т.д., ведущих внутрь тракта. Дно тракта может быть обеспечено, например,настилом в углублении/полости для механического усиления дна, когда это необходимо. Размеры и расположение тормозного тракта зависят от предполагаемого применения, т.е. массы транспортного средства, его скорости и сжимающего давления колес транспортного средства на пеностеклянный наполнительный материал. Наполнительный материал прикладывает усилие лобового сопротивления к колесам транспортного средства за счет его (материала) неспособности выдерживать сжимающее усилие, прикладываемое колесами, в результате чего они углубляются на некоторое расстояние внутрь наполнительного материала и, таким образом, выдавливают след/желоб/колею в наполнительной массе при прохождении по тормозному тракту. Таким образом, действенность тормозного тракта связана с прочностью на сжатие пеностеклянного наполнителя, которая является функцией номинальной объемной доли пустот пеностекла; с длиной тормозной зоны и с глубиной тракта, заполненного пеностеклянным наполнителем. В принципе, изобретение может функционировать с пеностеклом с любой известной номинальной объемной долей пустот, но на практике должен иметься диапазон, выбранный по давлению на грунт,прикладываемому колесами транспортных средств, которые требуется тормозить. Колеса должны быть способны углубляться на некоторое расстояние внутрь наполнительной массы, с тем чтобы воспринимать эффективное усилие лобового сопротивления. И, наоборот, колеса не должны входить слишком глубоко, поскольку это приведет к слишком высокому усилию лобового сопротивления и величинам замедления, которые могут быть опасными для транспортного средства или людей на его борту. Поэтому считается, что на практике номинальная объемная доля пустот пеностекла, используемого в наполнителе, может варьироваться от 70%, что обеспечивается относительно низкой аэрацией, до 98%, что обеспечивается высокой аэрацией стекла. Любая номинальная объемная доля пустот между этими двумя значениями может быть использована, и может также быть использована любая смесь из пеностеклянных наполнителей с разными номинальными объемными долями пустот, входящими в этот диапазон. Не исключается и возможность использования пеностекла с номинальными объемными долями пустот за пределами этого диапазона. Исследования пеностеклянного наполнителя для использования в тормозных системах, предназначенных для торможения воздушных судов, проведенные Метью Барсотти (Matthew Barsotti) и другими[1], выявили, что пеностеклянный наполнитель с плотностью 154 кг/м 3, что соответствует номинальной объемной доле пустот 93,8%, с градацией, т.е. размерами частиц наполнителя, из диапазона 0,4-6,3 см(0,2-2,4 дюйма), и со средним размером частиц наполнителя 4,8 см (1,9 дюйма) хорошо подходит для использования в универсальных тормозных системах для воздушных судов. Распределение размеров частиц наполнителя является следующим: 0,88% по массе частиц с размерами от 4 до 8 мм, 0,29% по массе частиц с размерами от 8 до 12,5 мм, 1,03% по массе частиц с размерами от 12,5 до 14 мм, 1,91% по массе частиц с размерами от 14 до 16 мм, 4,21% по массе частиц с размерами от 16 до 20 мм, 33,45% по массе частиц с размерами от 20 до 31,5 мм, 35,30% по массе частиц с размерами от 31,5 до 40 мм, 15,13% по массе частиц с размерами от 40 до 50 мм, 5,74% по массе частиц с размерами от 50 до 63 мм и 0,31% по массе частиц с размерами свыше 63 мм. Эти испытания проводились с целью определения оптимального универсального тормозного приспособления для воздушных судов, способного тормозить воздушные суда с количеством пассажирских мест от 50 (Bombardier CRJ-100-200) до 500 (Boeing B747-400). Термин "градация", например, 0,4-6,3 см, в настоящем документе относится к размеру отверстия сита, а именно сита, используемого для классификации частиц, так что градация 0,4-6,3 см означает частицы пеностекла с размерами, достаточно большими для того, чтобы не проходить сквозь сито с размером отверстия 0,4 см, но достаточно мелкими, чтобы проходить сквозь сито с размером отверстия 6,3 см. Испытания, проведенные Барсотти и другими, также показали, что пеностеклянный наполнитель имеет выгодное свойство, заключающееся в том, что поглощение механической энергии пеностеклянным наполнительным материалом увеличивается экспоненциально при увеличении сжимающего усилия. Это открытие было неожиданным, поскольку каждый кусок пеностеклянного наполнителя состоит из дробимого стекла, и с точки зрения механики ожидается, что он должен проявлять такие же свойства,что и стандартные дробимые материалы, используемые в существующих пеноблочных тормозных приспособлениях для транспортных средств, таких как раскрытое в US 6726400, о котором говорилось выше. В отсутствие теоретического обоснования этому считается, что пеностеклянный наполнитель проявляет такие механические свойства сплошной среды, поскольку неплотно прилегающие друг к другу куски наполнителя перемещаются более или менее свободно под действием сдвигающих усилий. Процесс сжатия для вспененного наполнителя состоит из сжатия микроструктурных пустот, а также пустот между кусками наполнителя. Этот двойственный механизм сжатия может быть причиной того, почему выяснилось, что пеностеклянный наполнитель имеет экспоненциальное увеличение поглощения механической энергии при увеличении сжимающего усилия. Это свойство видно на фиг. 1, которая графически показывает историю нагрузок при испытаниях на сжатие, проведенных на двух градациях пеностеклянного наполнителя. Испытания проводились путем наполнения узкой цилиндрической емкости с внутренним диаметром 31,433 см (12,375 дюйма) пеностеклянным наполнителем одной градации и вдавливания стержня диаметром 30,48 см (12,00 дюймов) внутрь емкости с фиксированной скоростью 7,62 см/мин (3 дюйма/мин). Стержень имел диаметр, который по меньшей мере в 6 раз превышает характерный размер наполнительных частиц, с тем чтобы обеспечить поведение материала как сплошной среды. Материал был рыхло расположен внутри цилиндрической емкости без уплотнения. Как видно на графике из фиг. 1, прикладываемое давление, необходимое для сжатия материала, а,-4 023395 следовательно, энергия, поглощаемая материалом, увеличивается экспоненциально при линейном увеличении степени сжатия материала. Кроме того, при испытаниях выяснили, что нагрузочные данные в повторных испытаниях были практически одинаковыми, несмотря на случайный характер засыпки наполнительных кусков в каждом испытании. При этом также выяснили, что градация наполнителя оказывала значительное влияние на нагрузку и поглощение энергии. Поэтому необходимо тщательно выбирать градацию пеностеклянного наполнителя для использования в тормозных трактах. Еще одним важным наблюдением из этих испытаний является то, что пеностеклянный наполнительный материал функционирует как материал с варьирующейся по глубине сжимаемостью, т.е. более глубокие вхождения колеса приводят к увеличению вертикальной нагрузки, не только из-за того, что большая площадь поверхности входит в контакт с наполнительным материалом, но также потому, что материал непрерывно отверждается по мере того, как сжатие увеличивается. Именно это свойство делает пеностеклянный наполнитель подходящим для универсальных тормозных систем, способных работать с воздушными судами сильно отличающихся размеров - от малых воздушных судов с максимальной взлетной массой приблизительно 24 метрические тонны и количеством пассажирских мест 50, таких как Bombardier CRJ-100, до воздушных судов с количеством пассажирских мест 500, таких как Airbus A380. Еще одной областью применения тормозной системы, использующей пеностеклянный наполнитель, являются зоны безопасности для пассажирских автомобилей и/или автобусов/грузовиков, движущихся по дорогам общего пользования. Тормозная система может быть размещена рядом с дорогой на крутых поворотах, крутых подъемах и т.д., с тем чтобы тормозить транспортные средства, которые потеряли сцепление с дорогой и съезжают неконтролируемо с дороги. Подобной областью применения также является торможение велосипедов, которые потеряли управление при движении по велосипедной полосе. Расположенная рядом с велосипедной полосой тормозная зона с умеренным тормозящим действием может обеспечивать необходимое содействие торможению, в котором нуждается велосипедист для восстановления управления. Еще одной областью применения тормозной системы является физическое сдерживание для предотвращения атак с использованием транспортных средств. Любая область или любое здание, которые нуждаются в защите от атак, осуществляемых на транспортных средствах, могут быть защищены путем формирования вокруг них тормозных зон, которые гарантируют, что любое транспортное средство, пытающееся таранить область/здание, будет заторможено. Эта область применения тормозной системы может быть выгодной, например, для баз ООН в государствах, где имеется риск атаки грузовыми/легковыми автомобилями, нагруженными взрывчаткой и водителем-смертником. Эта тормозная система может также использоваться в военных сооружениях, где имеется необходимость в физическом предотвращении вхождения транспортных средств в некоторую область. Для этих областей применения возможно использование пеностеклянных наполнителей с высокими номинальными объемными долями пустот и, следовательно, низкими прочностями на сжатие для гарантии того, что транспортные средства, входящие в тормозную зону, надежно застрянут. Как было сказано, действенность изобретения зависит от номинальной объемной доли пустот пеностеклянного наполнителя и градации частиц. Иными словами, эффект изобретения достигается тогда,когда сопротивление раздроблению пеностеклянного наполнителя соответствует давлению на грунт колес транспортного средства, торможение которого осуществляется. Испытания проводились на пеностеклянных частицах с градацией 0,4-6,3 см, средним размером частиц 4,8 см и номинальной объемной долей пустот 86%, и вычисления, основанные на этих испытаниях, показали, что этот наполнитель является пригодным для использования в качестве универсального тормозного приспособления для воздушных судов, когда тормозной тракт имеет длину 200 м и глубину 90 см. Для других областей применения может быть необходимо использовать другие градации и/или номинальные объемные доли пустот для учета других ограничений, относящихся к допустимым размерам и/или другим транспортным средствам,которые требуется тормозить. Эти градации и/или номинальные объемные доли пустот должны быть определены специалистом в данной области путем проведения обычных исследований методом проб и ошибок. Широкое разнообразие возможных областей применения тормозной системы требует использования пеностеклянных наполнителей с широким диапазоном номинальных объемных долей пустот и градаций. Настоящее изобретение следует понимать таким образом, что предлагается многопрофильное использование нового тормозящего материала. Сущностью изобретения является использование открытия, заключающегося в том, что новый тормозящий материал имеет экспоненциальное увеличение поглощения энергии при увеличении степени сжатия, очень слабо подвержен воздействию окружающей среды и изготавливается из дешевого аэрированного стекла. Таким образом, изобретение включает любое возможное использование этого материала в качестве тормозного приспособления для транспортных средств. На практике номинальные объемные доли пустот должны находиться в диапазоне от 70 до 98%,а градация должна находиться в диапазоне от 0,25 до 15 см. Могут быть использованы любые номинальные объемные доли пустот и градации внутри этих диапазонов. Иными словами, пеностеклянный наполнитель может иметь градацию с размерами частиц в диапазоне, начинающемся одним из следующих значений: 0,25, 0,30, 0,40, 0,50, 0,60, 0,70, 0,80, 0,90, 1,00, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,2,2,4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5 и 5,0 см и заканчивающемся одним из следующих значений: 5,5, 6,0, 6,5, 7,0,-5 023395 8,5, 9,0, 9,5, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 см. Предпочтительными диапазонами являются следующие градации: от 0,25 до 10 см, от 0,5 до 8 см, от 0,7 до 7 см и от 1 до 6 см. В пеностеклянном наполнителе могут также использоваться пеностеклянные частицы с разными номинальными объемными долями пустот. Иными словами, помимо использования наполнительных масс с одной номинальной объемной долей пустот пеностеклянных частиц, также возможно альтернативное использование наполнительных масс со смесями номинальных объемных долей пустот из диапазонов, начинающихся одним из следующих значений: 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88,89, 90, 91, 92, 93 и 94% и заканчивающихся одним из следующих значений: 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83,84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94 и 95%. Предпочтительными диапазонами номинальной объемной доли пустот являются следующие: от 80 до 98%, от 70 до 95% и от 90 до 94%. Пеностеклянные частицы имеют микроструктуру с закрытыми ячейками, что ограничивает впитывание воды, так что вода может проникать лишь в наружные открытые поры частиц. Пеностеклянный наполнитель использовали в областях гражданского строительства, например, в качестве легкого наполнителя, теплоизоляции и защиты от заморозков дорожных оснований и террас. Эти области применения показывают, что механические свойства пеностеклянного наполнителя являются стабильными при циклических изменениях температуры и влажности. Однако нахождение пеностеклянных частиц в стоячей воде может быть проблемой в климатах с циклами замерзания и оттаивания, поскольку наружные открытые наполненные водой поры могут испытывать эрозию под действием замерзания. Это может приводить к снижению градации наполнительного материала с течением времени. Испытания, проведенные на этом материале, выявили, что после 50 циклов замерзания и оттаивания при полном погружении в воду материал получал 47%-е уменьшение способности поглощения энергии. Может, таким образом, быть благоприятным оборудование тормозного тракта дренажными средствами для предотвращения присутствия стоячей воды в наполнительной массе. Дренажные средства могут представлять собой любые известные в настоящее время или будущие конструкции гражданского строительства, способные осушать тракт. Альтернативно, пеностеклянная наполнительная масса в тормозном тракте может быть выполнена водонепроницаемой путем заключения в геопластиковые и/или геотекстильные материалы для формирования герметизации против вхождения воды. Эта технология хорошо известна специалистам в области захоронения отходов. Размеры тормозного тракта не являются критичным признаком настоящего изобретения и могут проектироваться индивидуально для каждого тормозного приспособления в зависимости от типа воздушного судна или другого транспортного средства, которое необходимо обслуживать. Любой мыслимый размер и любая мыслимая конструкция тормозного тракта будут находиться в рамках объема изобретения. На практике тормозной тракт должен иметь глубину в диапазона от приблизительно 10 до 200 см и длину от 1 до 400 м. Конструкция тракта может представлять собой любую геометрическую форму,подходящую для предполагаемого применения. Примерами возможных конфигураций тракта являются,без ограничения, треугольник, прямоугольник, круг, эллипс, многоугольник, трапеция или любое их сочетание. Тормозной тракт может быть оборудован переходными зонами на периферийных частях, смежных с окружающей местностью/окружающим грунтом, что является благоприятным. Функцией переходных зон является обеспечение постепенного увеличения нагрузки лобового сопротивления, прикладываемой к транспортному средству, торможение которого осуществляется, при входе в тормозное приспособление за счет постепенного увеличения глубины тракта по мере движения от края к основной части. Переходная зона может быть сформирована за счет использования ступенеобразных или наклонных стенок тракта. Перечень чертежей Фиг. 1 - копия фиг. 11-8 документа [1], показывающей измеренные напряжения сжатия и поглощение энергии для пеностеклянного наполнителя с градацией 0,4-6,3 см, средним размером частиц 4,8 см и номинальной объемной долей пустот 93,8%. Фиг. 2 - схематичный чертеж вида сбоку одного примера осуществления изобретения. Фиг. 3 - схематичный чертеж вида сбоку еще одного примера осуществления изобретения. Фиг. 4 - копия фиг. 11-22 документа [1], показывающей вычисленные скорость, замедление воздушного суднаи усилия на переднем посадочном шасси. Фиг. 5 - столбчатая диаграмма, показывающая распределение размера частиц пеностеклянного наполнителя согласно одному примеру осуществления изобретения. Фиг. 6 показывает графическое представление испытаний на сжатие наполнителей с тремя номинальными объемными долями пустот, причем в каждом из них распределение размера частиц является таким, как показано на фиг. 4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Изобретение будет описано более подробно на двух примерах осуществления, предназначенных для использования в качестве тормозных систем для воздушных судов. Эти варианты осуществления не следует считать ограничением общей идеи изобретения, заключающейся в использовании пеностеклянных наполнителей для торможения транспортных средств любых типов. Рассмотрим первый пример осуществления. Первый пример осуществления тормозной системы для транспортного средства сформирован в грунте и схематично показан сбоку на фиг. 2. Продольное вертикальное сечение тракта имеет форму трапеции с высотой В и длиной А верхнего основания; тракт уложен в грунт так, что верхняя поверхность тормозной зоны выровнена и находится на одном уровне с плоскостью, сформированной окружающим грунтом. При использовании конструкции с трапециевидным продольным вертикальным сечением тракта обеспечено, что оба конца тракта снабжены плавными переходными зонами 3. Уголнаклона может обычно находиться в диапазоне от 20 до 30. Дно 2 тракта может быть снабжено дренажными средствами (не показаны) для устранения стоячей воды. Тракт наполнен пеностеклянным наполнителем 1. Максимальная глубина пеностеклянного наполнителя в этом варианте осуществления равна высоте В трапеции, а длина тормозной зоны равна длине А верхнего основания трапеции. Верхняя поверхность тракта с наполнителем закрыта верхним покрытием 4 в виде искусственного травяного покрытия. Колесо 5 воздушного судна, входящее в тормозную систему, показано схематично. Колесо движется в направлении, показанном стрелкой, продавит верхнее покрытие 4, углубится постепенно в пеностеклянный наполнитель по мере прохождения плавной переходной зоны 3 и войдет в основной объем тракта. Пеностеклянный наполнитель имеет номинальную объемную долю пустот 93,8%, а частицы наполнителя 1 имеют градацию 0,4-6,3 см и средний размер частиц 4,8 см. Распределение размеров частиц наполнителя 1 является следующим: 0,88% по массе частиц с размерами от 4 до 8 мм, 0,29% по массе частиц с размерами от 8 до 12,5 мм, 1,03% по массе частиц с размерами от 12,5 до 14 мм, 1,91% по массе частиц с размерами от 14 до 16 мм, 4,21% по массе частиц с размерами от 16 до 20 мм, 33,45% по массе частиц с размерами от 20 до 31,5 мм, 35,30% по массе частиц с размерами от 31,5 до 40 мм, 15,13% по массе частиц с размерами от 40 до 50 мм, 5,74% по массе частиц с размерами от 50 до 63 мм и 0,31% по массе частиц с размерами свыше 63 мм. Это распределение размеров показано графически на фиг. 5. Глубина В тракта составляет 91 см, а длина А тормозной зоны составляет 200 м. Горизонтальное сечение тракта (не показано) является либо прямоугольным, либо треугольным. В случае прямоугольного сечения ширина тракта является постоянной и должна быть, по меньшей мере, равна ширине взлетнопосадочной полосы, где размещено тормозное приспособление, но может, что является благоприятным,быть больше, с тем чтобы обеспечивать возможность некоторого отклонения воздушного судна от курса при вхождении в тормозной тракт. Способность останавливать воздушные суда с отклонениями от курса при вхождении в тормозной тракт может быть улучшена путем формирования тормозного тракта с треугольным горизонтальным сечением. Автор выполнил измерения сопротивления раздроблению наполнителя 1 путем вдавливания цилиндрического стержня диаметром 29,99 см в цилиндрическую емкость, наполненную наполнителем и имеющую диаметр 30,00 см. Эти испытания выполнялись для той же градации, что у наполнителя 1, но с тремя разными номинальными объемными долями пустот. Результаты приведены в таблице и показаны графически на фиг. 6. Все три наполнителя имели градацию, указанную выше и показанную на фиг. 5. Вычисления, выполненные в документе [1], прогнозировали, что этот пример осуществления изобретения будет способен тормозить воздушные суда, входящие со скоростью 130 км/ч (70 узлов), до полной остановки за 110 м (360 футов), когда воздушное судно представляет собой Bombardier CRJ-200, 95 м (310 футов) в случае с Boeing 737-800 и 180 м (590 футов) в случае с Boeing 747-400. Копия фиг. 11-22 документа [1] показывает скорость, замедление воздушного судна и усилия на переднем посадочном шасси, обеспечиваемые пеностеклянным наполнителем для Boeing 737-800, входящего в тормозной тракт согласно этому примеру осуществления со скоростью 130 км/ч. Вычисления, выполненные в документе [1] для Bombardier CRJ-200 и Boeing 747-400, показывают близкие результаты и подтверждают, что пеностеклянный наполнитель согласно этому примеру осуществления будет обеспечивать универсальную тормозную систему для воздушных судов, при этом воздушные суда тормозятся безопасно с величинами замедления 0,7-1,0 g и длинами торможения в диапазоне 90-200 м. Рассмотрим второй пример осуществления. Второй пример осуществления принципиально аналогичен первому примеру осуществления тем,что тормозное приспособление выполнено из такого же пеностеклянного наполнителя с такими же номинальной объемной долей пустот и распределением размеров частиц, что и в первом примере осуществления, и имеет такие же длину А и глубину В тракта. Этот пример осуществления показан сбоку на фиг. 3. Обратите внимание на то, что на фигуре тракт показан с разрывом по длине. Главным отличием является то, что тракт с пеностеклянным наполнителем 1 во втором примере осуществления уложен непосредственно на грунт без формирования ямы/углубления, см. фиг. 3. В этом случае тракт с пеностеклянным наполнителем должен удерживаться путем использования механической структуры 6 вдоль периферии тракта. Является благоприятным, если механическая структура имеет такую конструкцию, чтобы служить уклоном как для входа в тракт с пеностеклянным наполнителем 1, так и для выхода из тракта с пеностеклянным наполнителем 1. Это может быть обеспечено путем формирования механической структуры 6 с треугольным поперечным сечением так, что воздушное судно при движении к тракту будет плавно подниматься на уклон и входить в тракт, углубляясь в него за счет качения вдоль наклонной переходной зоны 3 тракта до тех пор, пока колесо 5 не станет взвешенным в пеностеклянном наполнителе. Угол наклона может быть таким же, что и в первом примере осуществления, но могут быть использованы и другие углы наклона. Тракт закрыт верхним покрытием 4 из искусственного травяного покрытия. Испытания на сжатие наполнителей с тремя номинальными объемными долями пустот,каждый из которых имеет распределение размеров частиц, показанное на фиг. 5 Ссылки. 1. Мэтью Барсотти (Matthew Barsotti) и другие, отчет, опубликованный 21 января 2010 г., имеющий название "Developing Improved Civil Aircraft Arresting Systems" ("Разработка усовершенствованных тормозных систем для воздушных судов гражданской авиации") и входящий в рамки совместной научноисследовательской программы аэропортов, осуществляемой под управлением Министерства исследований в области транспорта Национальных Академий (Transportation Research Board of the National Academies), США. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система для замедления транспортного средства, содержащая область замедления с трактом, заполненным пеностеклянным наполнителем, размеры частиц которого составляют от 0,25 до 15 см, а номинальная объемная доля пустот составляет от порядка 70 до 98%; и верхнее покрытие в виде слоя материала, закрывающего верхнюю поверхность тракта с пеностеклянным наполнителем. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что пеностеклянный наполнитель изготовлен из известковонатриевого стекла или натриевого стекла с номинальной объемной долей пустот в диапазоне, начинающемся одним из следующих значений: 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93 и 94% и заканчивающемся одним из следующих значений: 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88,89, 90, 91, 92, 93, 94 и 95%. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что номинальная объемная доля пустот находится в одном из следующих диапазонов: от 80 до 90%, от 83 до 88% и от 85 до 87%. 4. Система по п.2 или 3, отличающаяся тем, что пеностеклянный наполнитель имеет градацию размеров частиц в любом диапазоне, начинающемся одним из следующих значений: 0,25, 0,30, 0,40, 0,50,0,60, 0,70, 0,80, 0,90, 1,00, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,2, 2,4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5 и 5,0 см и заканчивающемся одним из следующих значений: 5,5, 6,0, 6,5, 7,0, 8,5, 9,0, 9,5, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 см. 5. Система по п.4, отличающаяся тем, что пеностеклянный наполнитель имеет градацию размеров частиц в одном из следующих диапазонов: от 0,25 до 10 см, от 0,5 до 8 см, от 0,7 до 7 см и от 1 до 6 см. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что пеностеклянный наполнитель имеет номинальную объемную долю пустот 93,8%, частицы наполнителя имеют градацию 0,4-6,3 см и средний размер частиц 4,8 см, глубина тракта составляет 91 см, а длина тракта составляет 200 м. 7. Система по п.6, отличающаяся тем, что размеры частиц пеностеклянного наполнителяраспределены следующим образом: 0,88% по массе частиц имеет размеры от 4 до 8 мм, 0,29% по массе частиц имеет размеры от 8 до 12,5 мм, 1,03% по массе частиц имеет размеры от 12,5 до 14 мм, 1,91% по массе частиц имеет размеры от 14 до 16 мм, 4,21% по массе частиц имеет размеры от 16 до 20 мм, 33,45% по массе частиц имеет размеры от 20 до 31,5 мм, 35,30% по массе частиц имеет размеры от 31,5 до 40 мм,15,13% по массе частиц имеет размеры от 40 до 50 мм, 5,74% по массе частиц имеет размеры от 50 до 63 мм и 0,31% по массе частиц имеет размеры свыше 63 мм. 8. Система по п.4, отличающаяся тем, что верхнее покрытие представляет собой одно из следующих: полимерные брезенты, полимерные пленки или искусственное травяное покрытие. 9. Способ формирования системы для замедления транспортных средств по одному из пп.1-8, в котором формируют тракт в грунте, где необходимо затормозить транспортные средства; заполняют тракт пеностеклянным наполнителем, размеры частиц которого составляют от 0,25 до 15 см, а номинальная объемная доля пустот составляет от порядка 70 до 98%; и закрывают верхнюю поверхность тракта верхним покрытием. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что подлежащие замедлению транспортные средства представляют собой воздушные суда, причем тракт формируют возле конца взлетно-посадочной полосы таким образом, что его глубина составляет 91 см, а длина - 200 м, используют пеностеклянный наполнитель с номинальной объемной долей пустот 93,8%, градацией размеров частиц наполнителя 0,4-6,3 см и средним размером частиц 4,8 см и закрывают пеностеклянный наполнитель искусственным травяным покрытием в качестве верхнего покрытия.
МПК / Метки
МПК: C04B 14/24, E01C 9/00, B64F 1/02
Метки: поверхность, средства, транспортного, торможения
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/12-23395-poverhnost-tormozheniya-dlya-transportnogo-sredstva.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Поверхность торможения для транспортного средства</a>
Предыдущий патент: Удлиненный нагреватель для электронагреваемой системы генерирования аэрозоля
Следующий патент: Термогелеобразующие композиции анестетиков
Случайный патент: Интегрированный способ высокопроизводительной идентификации новых пестицидных композиций и его применение