Возможные последствия падения грузового самолета в пригороде Хабаровска

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Тихоокеанский государственный университет

Возможные последствия падения грузового самолета в пригороде Хабаровска

Бойко С.К.

Медведева Г.Г.

г. Хабаровск, Россия

Абстракт

Исследование посвящено оценке поражающих факторов чрезвычайной ситуации - падения тяжелого грузового самолёта АН-124-100. Оценено влияние поражающих факторов на инфраструктуру территории. В числе оцениваемых факторов рассмотрены: удар воздушного судна о землю с оценкой возникающих сейсмических возбуждений; разлив топлива из разрушенных баков с последующим возгоранием и развитием пожара; возникновение детонации или дефлаграционного взрыва испарившегося облака паров топлива; воздействие огненного шара.

Ключевые слова: воздушное судно, авария, разлив топлива, взрыв, взрывная волна, облако топлива, пожар, окружающая и природная среда.

Abstract

Possible consequences of the falling of cargo aircraft in Khabarovsk region

Boyko S.K., Medvedeva G.G., PNU, Khabarovsk, Russia

The study is devoted to assessing the damaging factors of an emergency situation - the fall of a heavy cargo aircraft AN-124-100. The impact of the damaging factors on the territory infrastructure is estimated. Among the evaluated factors, the following are considered: aircraft impact on the ground with an assessment of emerging seismic excitations; spilling fuel from the destroyed tanks with the subsequent ignition and development of a fire; the emergence of detonation or deflagration explosion of a vaporized vapor of fuel; impact of a fireball.

Keywords: aircraft, accident, fuel spill, explosion, blast wave, fuel cloud, fire, environmental and natural environment.

Введение

Авиаперелеты в настоящее время являются одним из самых распространенных видов транспортного сообщения. На миллион (N) полетов приходится n = 18,62 катастроф. Общее число рейсов за год ведущих авиакомпаний составляет NG = 247 тысяч. Время выполнения миллиона рейсов Tr = N/NG = 4,05 года. Таким образом, число авиакатастроф в год составляет до 5 катастроф в год [1, с.1].

1. Возможные сценарии аварии. Вследствие падения самолета высока вероятность гибели экипажа и пассажиров, а также возможно появление поражающих факторов, вызывающих сгорание, разрушение различных объектов и травмирование людей на местности. Наиболее вероятными сценариями являются сгорание облака топлива и огненный шар, что собой представляет дефлаграционный взрыв (таблица 1) [2, с.37].

Таблица 1

Статистические вероятности сценариев аварии с выбросом авиационного керосина

Поражающие эффекты аварийного падения самолета зависят от взлетной массы самолета и остатка массы топлива в баках, а также высоты падения. Расчёты производятся согласно калькулятору расхода топлива (согласно требованиям международной организации гражданской авиации ICAO) [1, с.1].

В расчётах учитываются следующие объемы топлива: необходимое количество топлива для полета от аэропорта базирования до самого удаленного запасного аэродрома, заложенного в полетный план; количество топлива, необходимое для того, чтобы самолет данного типа и с данной загрузкой мог находиться в зоне ожидания в течении 30 минут на высоте 460 метров; резервное топливо, которое включает компенсационный запас не менее 3% от суммы предыдущих пунктов (данное количество топлива компенсирует неблагоприятные погодные условия, например, встречный ветер на эшелоне, и позволяет сделать повторный заход на посадку даже в самом удаленном запасном аэродроме). Исходя из расхода топлива данным типом самолёта, добавляется топливо на 30 минут работы - разогрев, руление и взлёт летательного аппарата, а также на посадку, руление и парковку [3, п.10.14.5]. падение самолет сейсмический детонация пожар

Вышеперечисленные данные позволяют рассчитать массу топлива на момент падения, учитывая, что на взлёт до высоты 6000 метров и набор скорости до 530 км/ч [4, с.32], при удалении от аэродрома в 44 км, летательный аппарат затратил 1740 килограмм топлива. Расчетный вес оставшегося топлива во внутренних баках, в моделируемой аварии, на момент падения будет равен 70000 кг. Моделируемая авария и значения параметров, использованные для расчётов, приняты из реального падения самолёта Ан-124-100 в Киевской области (Макаровский район, 44 км от аэродрома взлёта - Гостомель) в 1992 году.

Данное воздушное судно представляет собой скоростной реактивный дозвуковой самолет, предназначенный для перевозки крупногабаритной техники и грузов на магистральных авиалиниях с коммерческой загрузкой до 120т с крейсерской скоростью 700-800км/час. Самолет представляет собой свободнонесущий моноплан с верхнерасположенным стреловидным крылом, однокилевым стреловидным оперением и двенадцатиопорным шасси.

В моделируемом сценарии аварии при полете на высоте около 6000 метров произошло разрушение носового обтекателя; обломки попали в двигатель. Самолет начал резко снижаться и потерял способность маневрировать. При столкновении с верхушками деревьев под углом около 30 градусов воздушное судно взорвалось.

1. Поражающий эффект - ударная волна при детонации облака испарившегося топлива. В расчете моделируемой аварии принято, что сформировавшееся облако расположено у поверхности земли, поэтому для учета отражения взрывной волны от грунта расчетное значение массы выброса принято с увеличением в два раза. С учетом того, что не все топливо перейдет в состояние облака, к значению количества топлива введен коэффициент 0,02-0,07, используемый при утечке легковоспламеняющихся жидкостей.

Расчёты произведены с использованием программного продукта EXPLOS, разработанного в Научно-образовательном центре исследования экстремальных ситуаций Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана, г. Москва [1, с. 11]. Полученные в расчетах значения параметров ударной волны и других поражающих факторов приведены на рисунке 1. Кроме параметров избыточного давления от падения самолёта, был запрограммирован взрыв ёмкости, содержащей 150 кг жидкого пропана, по принципу «эффект домино» (на рисунке справа).

Сопоставляя данные таблицы 2 и результаты расчётов избыточного давления, действующего на здание, можно сделать вывод, что анализируемое здание получит сильное разрушение. Для оценки воздействия избыточного давления на человека проанализированы данные рисунка 1 и таблицы 3; воздействие избыточного давления нанесёт анализируемому объекту (человеку) тяжелые травмы, такие, как повреждение слуха и внутренних органов. Сугубая близость пострадавшего к очагу взрыва не требует расчётов точных значений давления на его тело, но с вероятностью в 10%, полученной по результатам расчетов в программе EXPLOS, человек получит травмы, несовместимые с жизнью.

Согласно анализу приведенных данных, от избыточного давления, образовавшегося от взрыва облака испарившегося авиационного керосина при крушении самолёта АН-124-100 человек на расстоянии до 20 метров лишится жизни; на удалении до 40 метров возможен летальный исход в 10% случаев, при большей удаленности будет наблюдаться контузия в виде поражения лёгких и барабанных перепонок, а также ссадин и ушибов.

Таблица 2

Избыточные давления, вызывающие разрушение зданий и сооружений, КПа

Таблица 3

Воздействие избыточного давления на человека, КПа

2. Поражающий эффект - тепловые параметры огненного шара при сгорании облака авиационного керосина. Воспламеняющее и поражающее действие огненного шара определяется параметрами его теплового излучения: величиной теплового потока и импульсом теплового излучения. Для определения расчетных параметров использован алгоритм программы EXPLOS [5, с.733-734; 6, с. 412420]. Характеристики поражающего действия указанных факторов приведены в таблицах 4 и 5.

Таблица 4

Поражение тепловым излучением при воздействии огненного шара на человека

Таблица 5

Воспламеняемость материалов от импульсов теплового излучения, МДж/м², длительностью т

Проанализировав данные таблиц 4 и 5, можно сделать вывод, что на расстоянии 50 метров человек получит ожоги 3 степени, омертвение и почернение кожи, произойдет возгорание одежды. При удалении в 70 метров человек получит ожоги 2 степени, а при дистанции от центра взрыва в 100 метров - ожоги 1 степени, отёк и покраснение кожных покровов. Анализируемое здание на удалении 77 метров не воспламенится, но стружка, солома, сено, бумага, находящиеся вблизи здания, загорятся и смогут быть причиной пожара.

Рисунок 1. Поля давлений в зоне взрыва топлива потерпевшего крушение воздушного судна (объект 11) и человека (объект 2) на расстоянии 50 метров от центра взрыва; объект 8 - железобетонное здание на дистанции 77 метров от центра взрыва

3. Поражающий эффект - сейсмическое возмущение от удара самолёта о землю. Магнитуда и балльность сейсмических показателей удара самолёта о землю рассчитываются по программе KOSMOS [7, с.6-12].

Интенсивность сотрясений по 12-балльной шкале определяется в зависимости от магнитуды, расстояния от центра удара, глубины источника и констант, зависимых от региона (для России - 3).

При падении с моделируемой высоты 6000 м скорость удара V будет равна 268,7 м/с. При указанных скоростях кинетическая энергия будет равна: 14440 МДж.

Расчет сейсмоопасности проведен по программе KOSMOS для удара о землю самолета массой 400 тонн с высоты 6 км. Зависимость интенсивности сейсмической активности от расстояния до места крушения самолёта АН-124-100 приведена в таблице 6.

Таблица 6

Поражающий эффект - сейсмический удар самолёта об землю

Из таблицы 6 следует, что опасность удара самолёта о землю для сооружений характеризуется зоной с радиусом до 3 км с интенсивностью более 7 баллов, при этом в зданиях могут наблюдаться трещины и перекосы. Анализируемое здание на расстоянии 77 метров получит сильные повреждения. Человек, находящийся на расстоянии 50 метров, с большой вероятностью может получить травмы от разломов грунта и падения деревьев.

Заключение

Рассмотрены возможные сценарии последствий аварийного падения самолета, методы и программные средства оценки параметров поражающих факторов возникновения детонационного или дефлаграционного взрывов и огненного шара, а также сейсмических эффектов. Выполнено моделирование аварийных вариантов на примере аварии самолёта АН-124-100.

Библиографические ссылки на источники

1. Котляревский В.А. Поражающие факторы аварийного падения самолета, действующие на инфраструктуру территорий [Электронный ресурс] / Электронный журнал «Предотвращение аварий зданий и сооружений», 2014.

2. ГОСТ Р 12.3.047-2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. ФГБУ "ВНИИПО" МЧС России, 2014.

3. Приказ Минтранса РФ от 17.07.2008 N108 (ред. от 23.06.2009) «Об утверждении федеральных авиационных правил «Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации» [Электронный ресурс] Консультант-плюс, 2017.

4. Бехтир В.П. Практическая аэродинамика самолета Ан-124-100: учеб. пособие / В.П. Бехтир, В.М. Ржевский, Е.Н. Коврижных, В.Х. Копысов. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2005. - 207 с.

5. Котляревский В.А. Параметры тепловой радиации пожара пролива углеводородов. Программа FIRE. // Безопасность России. Безопасность строительного комплекса. - М.: МГОФ «ЗНАНИЕ», 2012. С. 732-735.

6. Котляревский В.А. Объемные взрывы газовых облаков в атмосфере при выбросе топлив. // В.А. Котляревский, В.И. Ларионов, С.П. Сущев. Энциклопедия безопасности. Строительство. Промышленность. Экология. Том 1: Аварийный риск. Взрывные и ударные воздействия. / Под ред. В.А. Котляревского. - М.: НАУКА, 2005. С. 410-489.

7. Котляревский В.А., Ларионов В.И., Сущев С.П. Землетрясения. // Энциклопедия безопасности. Строительство, промышленность, экология. Том 3. Сейсмостойкость и теплозащита сооружений. - М.: Изд-во АСВ, 2010. С. 2-24.

Размещено на allbest.ru