Рост угрозы атак беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) на объекты энергетики, транспорта, логистики, нефтегазового комплекса и центры обработки данных (ЦОД) делает проектирование защитных ограждающих конструкций (ЗОК) на основе улавливающих сетчатых конструкций (УСК) критически важной инженерной задачей. Нелинейное динамическое моделирование методом конечных элементов (МКЭ) обеспечивает реальную точность расчётов и безопасность защищаемых объектов в соответствии с актуальными нормативными документами.

Защитная ограждающая конструкция – это комплексная система, призванная минимизировать ущерб резервуара или здания от таранного удара БПЛА, детонации взрывчатого вещества (ВВ) и поражения вторичными осколками.

Типовая защитная ограждающая конструкция на основе улавливающей сети

Улавливающая сетчатая конструкция является ключевым элементом любой ЗОК, независимо от уровня защиты. УСК выполняет две главные функции:

1. Бесконтактный подрыв: Сетка останавливает дрон, не позволяя ему приблизиться к защищаемому объекту. Это гарантирует подрыв заряда на безопасном удалении, где ударная волна не нанесет неприемлемого ущерба резервуару, сооружению или оборудованию.
2. Улавливание фрагментов: Дополнительный слой сетки блокирует разлет осколков разрушенного БПЛА и элементов заряда.

Эффективность ЗОК напрямую зависит от соблюдения «расстояния безопасности» — расчетного промежутка от крайнего элемента защитной конструкции до защищаемого объекта. В соответствии с нормативными требованиями, данное расстояние должно определяться с учетом максимального динамического прогиба УСК под воздействием удара БПЛА.

Подрыв заряда БПЛА на расстоянии от резервуара с учетом прогиба сетки

Игнорирование деформационных характеристик сетки в процессе проектирования приводит к занижению реального расстояния безопасного подрыва, что в условиях воздействия БПЛА может стать причиной поражения защищаемого сооружения ударной волной или осколочным полем. Следовательно, точное математическое моделирование динамического поведения сетки является обязательным условием обеспечения эффективности защиты и безопасности объекта.

Нормативные требования к проектированию ЗОК

В Российской Федерации проектирование ЗОК регламентируется сводом правил СП 542.1325800.2024 «Защитные ограждающие конструкции от беспилотных летательных аппаратов» c изменениями от 25 августа 2026 г.

Нормативная документация предъявляет строгие требования к расчетным моделям и методам анализа:

1. Применение метода конечных элементов. Расчет улавливающих конструкций на нагрузки от падения БПЛА выполняется методами численного математического моделирования (МКЭ – метод конечных элементов).
2. Динамическая постановка задачи. Расчеты выполняются в нестационарной динамической постановке, отражающей процесс взаимодействия БПЛА с сеткой во времени.
3. Учет геометрической нелинейности. Расчетная модель учитывает возможность проявления геометрически нелинейной схемы работы конструктивных элементов при больших прогибах.
4. Учет монтажных усилий. В расчетную схему интегрированы параметры предварительного напряжения в несущей системе, создаваемого при монтаже.
5. Сценарный подход. Расчет выполняется с учетом различных сценариев (направление и точка удара) прилета БПЛА. Анализ проводится для наиболее вероятных и наиболее неблагоприятных случаев приложения особых нагрузок.

В СП 542.1325800.2024 «Защитные ограждающие конструкции от беспилотных летательных аппаратов» приведен перечень нормативной документации, в соответствии с которой предъявляются требования к материалам защитных сеток: ГОСТ Р 51285-99 «Сетки проволочные крученые с шестиугольными ячейками для габионных конструкций»; ГОСТ 5336-80 «Сетки стальные плетеные одинарные».

Сведение динамического удара БПЛА в улавливающую сеть к статическому расчёту искажает реальную картину работы ЗОК и не позволяет корректно оценить ее актуальное состояние при таранном воздействии БПЛА. Применение классических линейных статических методов для расчета УСК не обеспечивает достоверности результатов по ряду физических причин:

• Большие перемещения: В момент удара сетка испытывает значительные деформации, при которых изменение геометрии системы существенно влияет на величину внутренних усилий (геометрическая нелинейность).
• Высокоскоростное нагружение: Удар БПЛА является кратковременным динамическим воздействием, требующим учета инерционных сил и скоростных характеристик деформирования материалов.
• Нелинейность материалов: Элементы сетки (стальные, композитные или полимерные канаты) работают в условиях сложного напряженно-деформированного состояния, часто выходя за пределы линейной упругости.
• Наличие предварительного натяжения: Несущая способность УСК формируется за счет монтажного усилия предварительного напряжения, которое изменяется в процессе динамического взаимодействия.

Динамический расчёт улавливающих сетей ЗОК

Для применения на ЗОК в настоящее время чаще всего применяют так называемые защитные сетки Манье – по фамилии французского изобретателя Жозефа Манье, который разработал технологию их плетения. Ключевая особенность данных сеток – шестиугольные ячейки, которые образуются благодаря особому способу скручивания парных проволок в узлах соединения.

Улавливающая сеть Манье с шестиугольными ячейками

Специалистами АО «ЦИФРА» выполнена серия расчётов улавливающих сетей различной конфигурации для анализа защитных характеристик сетей и их реального прогиба в условиях динамического таранного воздействия БПЛА. Расчёты выполняются методом конечных элементов (МКЭ) в современной программной системе ANSYS/LS-DYNA, используемой для моделирования высоконелинейных динамических процессов. В качестве примера рассмотрены удары БПЛА в различные типы УСК – плетеную сеть Манье и кольчужную сеть.

Расчёт попадания малого БПЛА массой 30 кг на скорости 60 км/ч в защитную сеть Манье

Расчёт попадания лёгкого БПЛА массой 100 кг на скорости 120 км/ч в защитную сеть Манье

Выполненные расчёты демонстрируют способность сетки Манье остановить только малый БПЛА, в то время как лёгкий БПЛА массой 100 кг на скорости 120 км/ч пробивает сеть Манье и продолжает движение.

Кольчужная антидроновая сеть представляет собой металлическое полотно из соединенных колец, предназначенное для создания первичного физического барьера на пути БПЛА. Кольчужные сети отличаются высокой механической прочностью, гибкостью и подвижностью отдельных элементов и могут быть использованы в составе ЗОК для остановки БПЛА.

Кольчужная антидроновая сеть для защиты резервуара

Исполнения кольчужных сетей отличаются толщиной металла, внутренним диаметром кольца, количеством витков проволоки и числом контактов между элементами. Эти параметры влияют на массу и защитные свойства улавливающей конструкции, поэтому модель сетки должна выбираться на основе точных расчётов под параметры заданного воздействия.

Выполненные расчёты демонстрируют способность кольчужной сети остановить как малый, так и лёгкий БПЛА, при этом сохраняется целостности защитной сети.

Расчёт попадания малого БПЛА массой 30 кг на скорости 60 км/ч в кольчужную защитную сеть

Расчёт попадания лёгкого БПЛА массой 100 кг на скорости 120 км/ч в кольчужную защитную сеть

Таким образом, кольчужная сеть может применяться для остановки легких и средних БПЛА и обеспечения подрыва заряда на безопасном расстоянии от объекта защиты. В то же время сеть Манье может быть использована для остановки малых дронов, а также в качестве дополнительной защиты и улавливания фрагментов и осколков.

Заключение

Проектирование улавливающих сетчатых конструкций требует учета сложных физико-механических процессов, возникающих при высокоскоростном взаимодействии ЗОК с БПЛА. Применение нелинейных динамических расчетов методом конечных элементов является не альтернативным инструментом, а требованием, закрепленным в СП 542.1325800.2024.

АО «ЦИФРА» выполняет расчёты улавливающих сетей ЗОК на удар БПЛА. Процесс расчёта включает следующие этапы:

1. Формирование расчетной схемы: Создание конечно-элементной модели УСК, задание нелинейных физико-механических свойств материалов, моделирование узлов крепления и энергопоглощающих устройств.
2. Инициализация напряженного состояния: Приложение к модели ЗОК усилий предварительного натяжения, эквивалентных проектным монтажным значениям.
3. Моделирование динамического удара: Пошаговое решение уравнений движения системы при приложении импульсной нагрузки к улавливающей сети, соответствующей характеристикам БПЛА заданного типа.
4. Анализ деформированного состояния: Определение максимальных динамических прогибов УСК, оценка перераспределения усилий между элементами сетки и опорными конструкциями ЗОК.
5. Верификация расстояния безопасности: Расчёт проектного зазора между ЗОК и защищаемым объектом на основе полученных значений максимальных прогибов улавливающей сети.
6. Анализ стойкости ЗОК: Моделирование сценария локального разрушения ключевого элемента конструкции и оценка способности системы ЗОК к перераспределению нагрузок без прогрессирующего обрушения.

Использование данного подхода обеспечивает достоверное определение расстояния безопасности, позволяет оптимизировать материалоемкость конструкции за счет точного понимания ее реальной работы под нагрузкой и, что наиболее важно, гарантирует способность ЗОК выполнить свои защитные функции в условиях реального динамического воздействия.