Учёные выяснили, насколько может быть опасен град для самолётов

Исследователи Томского государственного университета построили физико-математическую модель поведения льда при ударных нагрузках, чтобы спрогнозировать отклик элемента летательного аппарата на удар частиц льда или града. Лед — старейший материал для исследований, но изучен он относительно плохо, поскольку не имеет аналогов с точки зрения разрушения. При граде металлическая обшивка самолёта, летящего на большой скорости, оказывается особенно уязвимой: даже небольшой предмет может пробить в ней дыру или оставить вмятину. Чтобы сделать конструкции безопаснее и одновременно легче, нужно рассчитать, как именно и при каких условиях металл разрушается. Результаты, поддержанные грантом РНФ, опубликованы в Journal of Engineering Physics and Thermophysics.

Учёные создали численную модель, предсказывающую, что происходит при попадании ледяной сферы, подобной граду, в металлическую преграду из мягкой стали, движущуюся со скоростью 3600 километров в час. Сталь выбрали потому, что именно этот металл используется в узлах летательных аппаратов, требующих высокой надёжности. Авторы детально воспроизвели механизм взаимодействия тел в микросекундном диапазоне: определили время образования первых очагов разрушения и проанализировали, как растут трещины в материале. Оказалось, что одну металлическую пластину толщиной в миллиметр ледяная сфера пролетает насквозь; если пластины лежат в два слоя, они уже не пробиваются, а сильно деформируются; три пластины дают ещё меньшую деформацию.

Кроме того, исследователи определили: чем больше слоёв в преграде, тем сильнее дробятся ледяные сферы при ударе — они рассыпаются на множество мелких фрагментов, причиняющих минимальные повреждения металлу. Как отметил руководитель проекта Максим Орлов, результаты помогут разработчикам летательных аппаратов точно рассчитать возможный урон от удара ледяной частицы. В дальнейшем учёным предстоит понять, насколько критичен случай, когда металл не пробивается льдом, а пластически деформируется, и оценить совместно с разработчиками, будет ли аппарат функционировать после деформации оболочки разной степени и в каких случаях может произойти разгерметизация.

Фото: фрагмент льда после проведения исследований. Источник: Максим Орлов / Томский государственный университет.