По статистике, на каждые 20 километров пути поезда приходится одно столкновение с птицей. На скоростях до 150 километров в час пернатые могут пробивать лобовые стекла и оставлять вмятины на корпусе. А что будет с юнимобилем, если он встретит птицу, разогнавшись до 600 километров в час? Чтобы определить характеристики материалов, которые смогут выдержать экстремальные нагрузки, белорусские инженеры провели уникальное исследование.
Белорусские инженеры рассчитали оптимальные параметры фюзеляжа и каркаса беспилотника uST / © Unitsky String Technologies Inc.
Высокоскоростной транспорт uST будет двигаться в специальном мембранном тоннеле с боковой защитной конструкцией. Эта «оболочка» предохраняет путевую структуру от попадания осадков и мусора, но не гарантирует стопроцентной защиты от проникновения птиц. Особенно в местах гнездования ласточек, которые для этого часто выбирают инженерные сооружения.
Для расчетов специалисты решили взять двух типичных представителей фауны ‒ ласточку (весом 20–25 граммов) и голубя (250–300 граммов). Однако перед исследователями встала задача: как правильно смоделировать птицу? Рассматривались три варианта: сфера, эллипсоид и полная модель пернатого.
Сфера оказалась самым простым решением, но давала недостаточно точные результаты из-за игнорирования анатомических особенностей птицы. Эллипсоид показал более репрезентативные данные, отразив характерные черты строения крылатых созданий. Полная модель птицы позволила получить максимально реалистичные результаты благодаря вниманию к структуре скелета и тканей этого представителя фауны. Однако такой метод оказался слишком трудоемким. В итоге инженеры остановились на эллипсоиде: расхождения с реалистичной моделью составили не более 5%.
Внимание исследователей было сосредоточено на фюзеляже ‒ внешней оболочке юнимобиля. Каркас в математическом моделировании не учитывался так как его конструкция должна быть результирующей расчета, но уже сейчас ясно, что его жесткость существенно снизит уровень повреждений.
Специалисты изучили несколько материалов для фюзеляжа: алюминий и конструкционный пластик. Варианты из стали сразу исключили из-за веса, который негативно влияет на энергоэффективность.
Расчеты показали, что алюминиевый фюзеляж толщиной два миллиметра при столкновении с голубем на скорости 600 километров в час деформируется на 10 миллиметров. Для транспорта, движущегося на высокой скорости, это критично, ведь даже незначительное изменение формы ухудшает аэродинамическое сопротивление, стабильность и управляемость. Деформированная оболочка транспорта снизит топливную эффективность и общую производительность.
Тестирование рельсового беспилотника с пластиковой оболочкой толщиной менее 20 миллиметров показало, что при контакте с голубем фюзеляж полностью разрушится.
Исследование стало важным шагом в формировании требований к жесткости и конструкции каркаса, применяемым материалам фюзеляжа и безопасности юнимобилей. Работа помогла оценить риски столкновения с птицами и принять меры по их нивелированию, позволила верифицировать методику расчетов и сопоставить их с мировыми практиками.
Согласно расчетам, юнимобиль способен обеспечить безопасность пассажиров при использовании алюминия в качестве материала для фюзеляжа. Специалисты продолжают совершенствовать проект, придерживаясь высоких стандартов и требований обеспечения безопасности, что гарантирует надежность всех элементов и систем транспортно-инфраструктурного комплекса.
