Защитная сетка от БПЛА: почему её нужно считать до закупки

За последний год сетки и защитные леса появились на многих НПЗ, ТЭЦ и подстанциях. Ставят их быстро, полотно обычно выбирают по каталогу производителя, а расчётом проверяют редко. Ниже на цифрах показываем, почему так делать рискованно и что заказчик получает от расчёта.

Сколько энергии несёт аппарат

Возьмём ударный беспилотник массой 250 кг, который подходит к цели со скоростью 55 м/с, это около 200 км/ч. Его кинетическая энергия, то есть энергия движения, которую преграда должна погасить, равна

E = m·v² / 2 = 250 · 55² / 2 ≈ 378 кДж

Высокопрочная сеть 60×60×4,6 мм по результатам испытаний МЧС России выдерживает удар с энергией 47,9 кДж. Разница почти в восемь раз, и это без учёта подрыва боевой части.

Рис. 1. Один удар расчётного аппарата и предел испытанного полотна

Практический вывод простой: такой аппарат останавливает тросовая система, а сетка в ней собирает нагрузку и передаёт её на тросы. Сколько нужно тросов, какого диаметра, на какие опоры и фундаменты их вешать, показывает расчёт.

Что требуют нормы

В 2024 году вышли два документа, на которые теперь опираются проектировщики.

•  СП 542.1325800.2024 «Защитные ограждающие конструкции от БПЛА» задаёт требования к таким конструкциям (сокращённо ЗОК) и нагрузки на них: от осколков в разделе 7.6 и от падения аппарата в разделе 7.7.

•  Рекомендации МЧС России по инженерной защите от беспилотных средств описывают ЗОК как сетчато-тросовую систему с энергопоглощающими устройствами, то есть тормозами и демпферами на тросах. Там же указано, что улавливающие конструкции считают методом конечных элементов в динамической постановке.

Рис. 2. Путь нагрузки в защитной ограждающей конструкции

Метод конечных элементов (МКЭ) делит конструкцию на тысячи небольших ячеек, и программа считает, как деформируется каждая из них. Динамическая постановка учитывает время: удар длится доли секунды, и важно, успеет ли конструкция погасить энергию на том ходе, который у неё есть.

Расчёт: сетка над кровлей

Мы посчитали удар аппарата массой 250 кг в тросовую сетку над кровлей здания. Каркас 20×20 м в плане и 15 м в высоту, тросы диаметром 20 мм с шагом 1 м. Расчёт сделан в LS-DYNA, это программа для задач об ударах, авариях и взрывах. Физическое время процесса 1 секунда.

Рис. 3. Схема тросовой защиты кровли

Рис. 4. Кадры расчёта: сетка принимает удар и гасит энергию аппарата

Сетка сильно деформируется, часть тросов рвётся, прогиб доходит до 5 м. Аппарат при этом практически останавливается.

Для заказчика здесь важны две цифры. Первая это прогиб 5 м. Каркас должен стоять так, чтобы на этом ходе сетка не легла на кровлю, иначе удар всё равно придёт в здание. Вторая цифра это усилия в тросах. Из них получаются нагрузки на опоры, анкеры и фундаменты. Без расчёта обе величины задают на глаз, и в итоге либо переплачивают за металл, либо получают защиту, которая сложится при первом ударе.

Почему этой модели можно верить

Прежде чем считать сетку, мы проверили саму расчётную модель на задаче, у которой есть независимое решение. Это верификация: проверка того, что программа правильно решает уравнения. Сравнение с натурными испытаниями называется валидацией, это отдельный этап, и для ответственных объектов его стоит заложить.

Задача была такая: заряд 50 кг взрывается в 5 м от остекления здания. LS-DYNA дала давление на фронте ударной волны у стекла 0,489 МПа, аналитическая методика в той же постановке 0,50 МПа. Расхождение 2,2%. Для сравнения, ограждающие конструкции разрушаются уже при 0,1 МПа.

Рис. 5. Давление ударной волны у стекла: расчёт и аналитика

Раз модель совпадает с аналитикой там, где аналитика есть, ею можно считать конструкции, для которых формул нет: улавливающие сетки, противоосколочные экраны, витражи, узлы крепления.

Что получает руководитель

Решение принимается до закупки. Понятно, какое полотно, тросы и каркас нужны на конкретном объекте и сколько уйдёт металла. Деньги тратятся на те кровли и фасады, куда придёт удар, а не на весь периметр с запасом. Расчёт по СП 542.1325800.2024 и рекомендациям МЧС на проверенной модели ложится в основу проектной документации. И главное: остановка установки или пожар обходятся несравнимо дороже расчёта.

Рис. 6. Порядок работ без расчёта и с расчётом

Команда Датомикс считает защитные ограждающие конструкции для крупнейших нефтегазовых и энергетических компаний: от модели угрозы и концепции защиты до расчёта опор, фундаментов и исходных данных для рабочей документации. Пришлите исходные данные по объекту, и мы посчитаем, выдержит ли ваша защита.