Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к ледокольным работам. Сущность изобретения: перемещают судно (2) на воздушной подушке, возбуждая во льду изгибно-гравитационные волны при движении с резонансной скоростью. Упомянутую скорость определяют по максимальному (по сравнению с движением над твердой горизонтальной поверхностью) приросту силы электрического тока, возбуждаемого пьезоэлементами, установленными в упорных подшипниках воздушного винта (3). Изобретение направлено на повышение эффективности определения скорости, при которой разрушение льда максимально. 2 ил.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судам на воздушной подушке (СВП), разрушающим ледяной покров резонансным методом, т. е. путем возбуждения резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ). (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. Известен способ определения резонансной скорости судна u_p по максимальной кривизне ледяного покрова, для чего при помощи радиолокационных сигналов при движении судна замеряют кривизну ледяного покрова. С этой целью в носу, средней части и корме СВП устанавливаются излучатели и приемники радиолокационной станции. При перемещении СВП по ледяному покрову при помощи этих станций происходит измерение расстояния до поверхности ледяного покрова. По данным замеров с учетом показаний дифферентометра определяется кривизна ледяного покрова. (2. Патент РФ 2099235 от 20.12.97).

Недостатком известного способа является необходимость наличия на судне дорогостоящего оборудования, соответствующей вычислительной техники и специализированной программы для определения кривизны ледяного покрова.

Сущность изобретения заключается в разработке более простого и точного способа определения u_p.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда СВП резонансным способом.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушается СВП путем возбуждения ИГВ при движении судна по льду с резонансной скоростью, определяемой в процессе движения судна по максимальной кривизне ледяного покрова.

Отличительные: резонансную скорость определяют по максимальному (по сравнению с движением над твердой горизонтальной поверхностью) приросту силы электрического тока, возбуждаемого пьезоэлементами, установленными в упорных подшипниках воздушного винта.

Известно (3. Зуев В.А., Козин В.М. Использование судов на воздушной подушке для разрушения ледяного покрова. Владивосток: изд-во ДВГУ. - 1988. - 128 с.), что по мере возрастания скорости СВП u и приближения ее к резонансной u_p кривизна профиля ИГВ возрастает и достигает максимального значения при u = u_p. Судно при этом получает максимальный дифферент на корму ψ. При движении судна над твердой горизонтальной поверхностью воздушный винт обтекается однородным по скорости потоком воздуха. При движении судна над ледяным покровом с увеличением скорости будет расти дифферент судна на корму, и поток скоростей, набегающих на винт, становится неоднородным по вертикали (4. Войткунский Я.И., Першиц Р.Я., Титов И.А. Справочник по теории корабля. Ленинград: Судпромгиз. - 1960. - 688 с.). Вследствие этого лопасти воздушного винта за один оборот обтекаются переменным по скорости потоком. Это приводит к вибрации винта, которая будет отличаться от значения вибрации при движении судна с такой же скоростью, но над твердой горизонтальной поверхностью. Очевидно, вибрация будет максимальной при скорости u_p и величине дифферента на корму ψ. В результате вибрации винта в пьезоэлементах, установленных в упорных подшипниках, возбуждается ток, сила тока которого I(u) растет с увеличением скорости и с ростом дифферента на корму и достигает экстремального значения при u= u_p. Если скорость СВП превысит u_p, то кривизна профиля ИГВ уменьшится [3] и, соответственно, уменьшится вибрация и значение силы тока, возбуждаемого пьезоэлементами. Таким образом, по точке локального максимума функции силы тока от скорости можно определить u_p.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально СВП начинают перемещать по твердой горизонтальной поверхности на различных скоростях. При этом сила воздействия воздушного потока на лопасти винта будет изменяться в зависимости от величины скорости движения судна, но будет однородной по вертикали. Вибрация винта, передаваемая на пьезодатчики, приведет к возбуждению электрического тока. Полученная зависимость силы тока от скорости движения судна при движении над твердой поверхностью I₀(u) будет контрольной зависимостью, с которой в дальнейшем сопоставляют результаты. Затем судно выводят на лед и начинают движение по ледяному покрову с постепенно возрастающей от нуля скоростью u. По мере движения СВП в ледяном покрове возникнут и начнут развиваться ИГВ. Судно будет получать дифферент на корму, который приведет к неоднородности поля скоростей набегающего потока, вибрации воздушного винта и увеличению силы тока I(u), вырабатываемого пьезоэлементами. При этом будет расти разность I(u)-I₀(u), которая будет определяющей величиной. При u=u_p кривизна профиля ИГВ достигнет максимального значения, а судно получит максимальный дифферент на корму ψ. Соответственно, вибрация воздушного винта будет максимальной. Она возбудит в пьезоэлементах, предварительно установленных в упорных подшипниках вала воздушного винта, такое значение силы тока I(u_р), которое удовлетворяет максимуму разности I(u_p)-I₀(u_p). В этот момент увеличение скорости СВП прекращают и его дальнейшее движение осуществляют с таким образом найденной скоростью. Эта скорость и будет соответствовать u_p.

Реализация изобретения поясняется фиг.1 и 2.

Над твердой поверхностью 1 перемещают СВП 2 со скоростью u (фиг.1). Лопасти воздушного винта 3 обтекаются потоком скоростей u 4. Амперметр 5 измеряет силу тока I₀(u), возбуждаемую пьезодатчиками 6. Над ледяным покровом 7 (фиг.2) движется СВП 2 со скоростью u 4. Неоднородное поле скоростей 8 набегает на лопасти воздушного винта 3. Амперметр 5 измеряет силу тока I(u). При u= u_p судно получит дифферент ψ - 9 и величина I(u)-I₀(u) достигнет максимальной величины.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна по льду с резонансной скоростью, определяемой в процессе движения судна по максимальной кривизне ледяного покрова, отличающийся тем, что упомянутую скорость определяют по максимальному (по сравнению с движением над твердой горизонтальной поверхностью) приросту силы электрического тока, возбуждаемого пьезоэлементами, установленными в упорных подшипниках воздушного винта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2