Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к судам на воздушной подушке, разрушающим ледяной покров. Способ разрушения ледяного покрова амфибийным судном на воздушной подушке заключается в том, что возбуждают резонансные изгибно-гравитационные волны в ледяном покрове при движении судна по льду с резонансной скоростью. Производят неоднократные повторные проходы судна по полю разрушаемого льда. Количество проходов ограничивают числом, превышение которого не приводит к увеличению давления в воздушной подушке судна. Повторные проходы судна осуществляют с критической скоростью. Достигается повышение эффективности разрушения льда. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к амфибийным судам на воздушной подушке (СВП), разрушающим ледяной покров резонансным методом, т.е. путем возбуждения резонансных изгибно-гравитационных волн (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада. - Владивосток, ИАПУ, 1993 г. с.44).

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми СВП (2. Зуев В.А., Козин В.М. Использование судов на воздушной подушке для разрушения ледяного покрова. - Владивосток, ДВГУ, 1988, 128 с.).

Известный способ осуществляется следующим способом: СВП выводят на ледяной покров и перемещают по нему с резонансной скоростью _р, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ максимальна.

Недостатком способа является невозможность определения максимальной степени разрушения ледяного покрова в процессе движения судна.

Сущность изобретения заключается в увеличении степени разрушения ледяного покрова до максимально возможной при резонансном методе разрушения льда и определении момента ее наступления.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в определении минимального количества проходов, достаточного для достижения максимальной степени разрушения ледяного покрова при неоднократных его проходах по полю разрушаемого льда, и создании поля мелкобитого льда с минимальными энергозатратами.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова СВП путем возбуждения резонансных ИГВ в ледяном покрове при движении судна по льду с резонансной скоростью.

Отличительные: в процессе движения производят неоднократные повторные проходы судна по полю разрушаемого льда, при этом количество проходов ограничивают числом, превышение которого не приводит к увеличению давления в воздушной подушке судна, а повторные проходы судна осуществляют с критической скоростью.

Известно (3. Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. - Л.: Судостроение, 1968 г., 240 с.), что повторные проходы судна по полю битого льда увеличивают степень его разрушения (уменьшают размеры обломков льда). При этом максимальные поперечные размеры льдин не превышают 3-5 толщины льда, т.е. битый лед превращается в мелкобитый. Очевидно, что аналогичные процессы, т.е. измельчение обломков льда, будут сопровождать и повторные проходы СВП над ледяным покровом, разрушенным резонансными ИГВ от первого прохода. Понятно, что процесс измельчения крупнобитого льда ИГВ будет продолжаться до тех пор, пока в отдельных обломках льда не будут возникать изгибные напряжения, превышающие предел прочности льда на изгиб. Поскольку длина и амплитуда волн, возбуждаемых СВП в битом льду, имеют конечные размеры, то и минимальные размеры обломков льда тоже будут ограниченными (см. [2], [3]). К этому заключению можно прийти и после анализа физических процессов, происходящих при деформировании поля битого льда волновой нагрузкой. Действительно, вначале после первого прохода судна с резонансной скоростью в ледяном покрове возникает канал, заполненный крупнобитым льдом [2]. Последующие неоднократные повторные проходы по проложенному каналу с критической скоростью, т.е. со скоростью, при которой амплитуда волн, возбуждаемых судном теперь уже в битом льду, также будет максимальной (см. [1]), будут приводить к измельчению обломков. Однако после определенного количества проходов этот процесс прекратится, т.к. СВП непосредственно не контактирует со льдом, а воздействует на него возбуждаемыми волнами. Крупнобитый лед превратится в мелкобитый, при этом поперечные размеры обломков льда перестанут уменьшаться независимо от количества последующих проходов судна.

Также известно (4. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967 г., 272 с.), что при разрушении льда ИГВ трансформируются в гравитационные, т.е. битый лед перестает влиять на скорость и частоту волн. При этом с уменьшением размеров обломков льда длина волн уменьшается, а амплитуда возрастает. Очевидно, что чем больше степень разрушения льда, тем больше будет амплитуда ИГВ и дифферент судна.

Общеизвестно, что разворот распределенной нагрузки из горизонтального в вертикальное положение сопровождается возрастанием ее интенсивности от минимального до максимального значения, т.к. проекция площади ее распределения на горизонтальную поверхность уменьшается от максимального значения до нуля.

Поскольку СВП при резонансном методе разрушения ледяного покрова находится в точке перегиба профиля ИГВ [2], то оно имеет максимальный дифферент на корму, т.е. проекция площади ВП на горизонтальную плоскость становится минимальной, а давление в ВП - максимальным. Таким образом, по увеличению давления в ВП, которое будет происходить при неоднократных проходах СВП, можно определять степень разрушения ледяного покрова.

Из вышесказанного следует, что по максимальному увеличению давления в ВП при реализации резонансного метода разрушения льда СВП можно определить момент наступления максимальной степени разрушения ледяного покрова, когда размеры обломков льда станут минимальными.

Способ осуществляется следующим образом.

Судно выводят на ледяной покров и перемещают по нему с резонансной скоростью _p. После первого прохода СВП в ледяном покрове возникнет область разрушения в виде полосы крупнобитого льда. Затем, например, для создания судоходного канала или для более быстрой очистки акватории ото льда [2], т.е. для измельчения обломков льда, судно неоднократно совершает по полю разрушаемого льда последующие повторные проходы с критической скоростью. После каждого последующего прохода степень разрушения льда в канале будет возрастать, а размеры обломков льда соответственно уменьшаться. Одновременно с этим будет увеличиваться амплитуда ИГВ, дифферент судна и давление в ВП. После того, как после очередного прохода давление в ВП не увеличится (для измерения давления в ВП на судне предварительно устанавливают соответствующий датчик давления), последующие проходы прекращают. Судно при этом совершит минимальное количество проходов, достаточное для достижения максимальной степени разрушения ледяного покрова, т.е. крупнобитый лед превратится в мелкобитый при минимальных энергозатратах.

Изобретение поясняется чертежом.

Судно 1 выводят на лед 2 и перемещают с резонансной скоростью _p. После первого прохода лед 2 превратится в крупнобитый 3. Затем для измельчения обломков льда 3 судно 1 совершает по льду 3 повторные проходы с критической скоростью _p. Размеры обломков льда 3 начнут уменьшаться до размеров 4, амплитуда, дифферент судна и давление в ВП начнут возрастать (для измерения давления в BП на судне предварительно устанавливают датчик давления 5). При достижении максимальной степени разрушения битый лед 4 превратится в мелкобитый 6, амплитуда волн в битом льду и дифферент судна увеличатся до максимальных значений, площадь ВП от величины S*_вп уменьшится до S_вп, т.е. ее проекции на горизонтальную плоскость, а давление в ВП P_вп возрастет до максимального. После этого дальнейшие проходы судна прекращают. Судно при этом совершит минимальное количество проходов, достаточное для достижения максимальной степени разрушения льда 2.

Формула изобретения

1. Способ разрушения ледяного покрова амфибийным судном на воздушной подушке путем возбуждения резонансных изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове при движении судна по льду с резонансной скоростью, отличающийся тем, что производят неоднократные повторные проходы судна по полю разрушаемого льда, при этом количество проходов ограничивают числом, превышение которого не приводит к увеличению давления в воздушной подушке судна.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что повторные проходы судна осуществляют с критической скоростью.

РИСУНКИ

Рисунок 1