Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к ледокольным работам. Сущность изобретения: разрушение ледяного покрова 1 осуществляют вблизи берега с использованием напряженно-деформированного состояния ледяного покрова, возникающего по береговой линии 4 во время морского прилива. Судно 2 перемещают сначала вдоль береговой линии на расстоянии от кромки примерзшего к берегу льда, равном полудлине волны статического прогиба ледяного покрова 1, затем с резонансной скоростью вдоль свободной кромки. Изобретение позволяет повысить эффективность воздействия на ледяной покров. 3 ил.

Изобретение относится к области судоходства в условиях ледового покрова вблизи берега, т.е. к выполнению ледокольных работ с использованием судов на воздушной подушке (СВП).

Известно техническое решение (Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада. - Владивосток, ИА-ПУ, 1993, 44 с.), в котором предлагается разрушать ледяной покров СВП путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ), т.е. волн максимальной амплитуды.

Недостатком способа является ограниченная ледоразрушающая способность.

Изобретение направлено на достижение технического результата по повышению эффективности воздействия на ледяной покров.

Поставленная техническая задача достигается путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при движении судна на воздушной подушке, при этом разрушение ледяного покрова осуществляют вблизи берега с использованием напряженно-деформированного состояния ледяного покрова, возникающего по береговой линии во время морского прилива, при этом судно перемещается сначала вдоль береговой линии на расстоянии от кромки примерзшего к берегу льда, равном полудлине волны статического прогиба ледяного покрова, затем с резонансной скоростью вдоль свободной кромки.

Известно, что во время отлива вблизи берега происходит понижение уровня воды. Если этот процесс возникает на акватории, покрытой льдом, то при понижении уровня воды в кромке ледяного покрова, примороженной к берегу, возникнут изгибные напряжения. Если эти напряжения использовать, т.е. суммировать с изгибными напряжениями, возникающими от возбуждения ИГВ при движении СВП, то можно достичь желаемого технического результата.

Известно (Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967), что при статистическом нагружении ледяной пластины поперечной нагрузкой, последняя деформируется так, что ее упругая линия вне зоны нагружения имеет вид синусоидальной затухающей волны. Расстояние между максимумами этих волн постоянно и равно λ_ст: где D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; ρ_в - плотность воды; д - ускорение силы тяжести.

Таким образом, максимальные изгибные напряжения, возникающие в ледяном покрове во время отлива, будут возникать на расстоянии от примороженной к берегу кромки льда, равном λ_ст/2. Также известно (Air cushion technology promises a cheup way. Canadion shipping, 1974, v.45, p. 14-16), что при разрушении льда ИГВ от движущегося с резонансной скоростью СВП лед начинал разрушаться под судном, т.е. на подошве ИГВ, где происходит суммирование изгибных напряжений от развившегося волнового процесса во льду и от квазистатической нагрузки, создаваемой весом СВП. Если к этим напряжениям добавить с соответствующим знаком напряжения, возникающие от изгиба льда по его береговой кромке во время морского отлива, то толщина ледяного покрова, разрушаемого СВП резонансным методом, возрастет.

Способ осуществляется следующем образом. По ледяному покрову берегового припая начинают перемещать СВП с резонансной скоростью. Если разрушения льда не происходит, то определяется время наступления максимального отлива, т.е. того момента, когда ожидается наибольшее понижение уровня воды у берега. За счет этого ледяной покров, примерзший к берегу, начнет испытывать наибольшие изгибные деформации (иногда они являются причиной отрыва берегового припая, Спичкин В.А., О механизме взлома припая. Труды ААНИИ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1961, т. 256, с. 12-27) вдоль береговой линии. Для их использования при разрушении льда резонансными ИГВ СВП при достижении максимального отлива судно перемещается сначала вдоль береговой линии на расстоянии от кромки примерзшего к берегу льда, равном полудлине волны статического прогиба ледяного покрова. В результате в ледяном покрове под судном произойдет суммирование изгибных напряжений от развившегося во льду волнового процесса (ИГВ), от квазистатической нагрузки, создаваемой весом СВП, и от изгиба ледяного покрова из-за отлива. В итоге кромка льда у берега разрушится. Затем судно продолжают перемещать с резонансной скоростью вдоль свободной кромки. Наличие у льда свободной кромки уменьшит его несущую способность, что увеличит амплитуду ИГВ, т.е. толщину разрушаемого льда, при неизменных энергозатратах (мощности) СВП.

Изобретение поясняется графически, где на фиг.1 показана схема деформирования ледяного покрова до отлива, а на фиг.2 - с учетом влияния отлива, а на фиг. 3 - после образования свободной кромки.

По ледяному покрову 1 начинают перемещать СВП 2 (фиг.1). Если разрушения льда 1 не происходит, то определяют момент максимального отлива, когда ледяной покров примет положение 3 (фиг.2). Затем судно перемещают сначала вдоль береговой линии 4 на расстоянии от кромки примерзшего к берегу льда, равном полудлине волны статического прогиба λ_ст/2 (фиг.2). ледяного покрова, затем с резонансной скоростью вдоль свободной кромки. В результате лед у берега разрушится и у ледяного покрова появится свободная кромка 5 (фиг.3), что приведет к возрастанию амплитуды А и соответствующему росту толщины разрушаемого льда h.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении, отличающийся тем, что разрушение ледяного покрова осуществляют вблизи берега с использованием напряженно-деформированного состояния ледяного покрова, возникающего по береговой линии во время морского отлива, при этом судно перемещается сначала вдоль береговой линии на расстоянии от кромки примерзшего к берегу льда, равном полудлине волны статического прогиба ледяного покрова, затем с резонансной скоростью вдоль свободной кромки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3