Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к области ледотехники и касается технологии ледоразрушения посредством применения резонансного способа разрушения ледяного покрова с помощью судна на воздушной подушке. Способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке осуществляют путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении, а также путем создания и изменения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн аэродинамической подъемной силы. В процессе движения на корпусе судна периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн создают знакопеременную аэродинамическую подъемную силу посредством поворота горизонтальных пластин на положительные и отрицательные углы атаки по направлению к набегающему потоку воздуха. Пластины устанавливают предварительно на верхней палубе судна. Углы атаки периодически изменяют с частотой вышеупомянутых волн. Технический результат реализации изобретения заключается в увеличении толщины льда, разрушаемого резонансным способом. 1 ил.

 

Изобретение относится к области ледотехники, в частности, к амфибийным судам на воздушной подушке (СВП), разрушающим ледяной покров резонансным методом.

Известно техническое решение (1. 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.

Также известен способ (2. RU 2197576 С2, 17.01.2003), позволяющий толщину разрушаемого льда методом возбуждения резонансных ИГВ увеличить путем создания и изменения с частотой резонансных ИГВ аэродинамической подъемной силы, направленной вниз, т.е. ориентированной в одном направлении.

Недостатком способа является его ограниченная ледоразрушающая способность.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды ИГВ.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины льда, разрушаемого резонансным методом.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушается судном на воздушной подушке путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении, а также путем создания и изменения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн аэродинамической подъемной силы.

Отличительные: в процессе движения на корпусе судна периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн создают знакопеременную аэродинамическую подъемную силу.

Известно (3. Политехнический словарь. Под ред. А.Ю.Ишлинского. М.: Советская энциклопедия, 1980. С.240), что при обтекании твердого тела потоком воздуха на него начинает действовать аэродинамическая подъемная сила в направлении, перпендикулярном к направлению набегающего потока. При этом направление аэродинамической подъемной силы определяется углом атаки: при положительном угле она направлена вверх, а при отрицательном - вниз. Используя эту закономерность, можно увеличить давление на лед при движении СПВ, т.е. увеличить амплитуду возбуждаемых ИГВ. Для этого необходимо создать при обтекании корпуса судна набегающим потоком воздуха знакопеременную аэродинамическую подъемную силу.

Также известно (4. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1967, 217 с.), что периодическое приложение ко льду вертикальной силы в фазе и с частотой резонансных ИГВ приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительной системы резонансных ИГВ.

Таким образом, если наряду с поступательным движением СВП на него подействовать периодической вертикальной нагрузкой, то в ледяном покрове разовьются основная и дополнительная системы ИГВ. При совпадении частоты периодической нагрузки с частотой резонансных ИГВ взаимодействие этих волновых систем в фазе приведет к возбуждению суммарных ИГВ наибольшей амплитуды. Очевидно, что если периодическая нагрузка знакопеременна, то и воздействие на ледяной покров вызовет больший рост амплитуды ИГВ по сравнению с периодической нагрузкой одноименного знака, т.к. развитие ИГВ будет происходить как за счет увеличения глубины впадины, так и за счет роста высоты ИГВ, т.е. раскачка льда будет более эффективна.

Способ осуществляется следующим образом.

По ледяному покрову начинают перемещать СВП с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых при этом основных ИГВ недостаточна для разрушения льда, то предварительно установленные на верхней палубе в горизонтальном положении пластины поворачивают на углы атаки ±α по отношению к набегающему потоку воздуха. Дополнительно при наличии ветра СВП направляют ему навстречу. Поворот пластин на углы атаки приведет к появлению аэродинамической подъемной силы, а направление СВП навстречу ветра - к ее росту [3], т.к. скорость обтекания пластин набегающим потоком возрастет. Углы атаки пластин при этом периодически изменяют от -α до +α с частотой резонансных ИГВ. Это приведет к динамическому приложению аэродинамической подъемной силы к судну и соответствующему возбуждению дополнительных резонансных ИГВ в такт к основной системе ИГВ, т.е. возбуждаемой от поступательного движения судна, т.к. судно при возбуждении ИГВ находится на подошве волны [1]. Взаимодействие основных и дополнительных ИГВ приведет к росту амплитуды суммарных ИГВ и соответствующему увеличению толщины разрушаемого льда.

Изобретение поясняется чертежом.

По ледяному покрову 1 начинают перемещать СВП 2 с резонансной скоростью V_p. Если амплитуда возбуждаемых при этом основных ИГВ 3 недостаточна для разрушения льда 1, то предварительно установленные на верхней палубе 4 пластины 5 периодически с резонансной частотой ω_р поворачивают от 0 до углов атаки ±α, т.е. до положений 6 и 7. При наличии ветра со скоростью V_в СВП направляют ему навстречу. Периодический поворот пластин 5 на углы ±α приведет к появлению и динамическому приложению к судну аэродинамической подъемной силы ±R_а, а направление СВП навстречу ветру - к обтеканию пластин набегающим потоком со скоростью V_р+V_в. Динамическое положение силы ±R_а приведет к возбуждению дополнительных ИГВ 8. Взаимодействие основных 3 и дополнительных 8 ИГВ увеличит амплитуду суммарных ИГВ 9, что вызовет рост толщины разрушаемого льда 1.

Способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении, а также путем создания и изменения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн аэродинамической подъемной силы, отличающийся тем, что в процессе движения на корпусе судна периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн создают знакопеременную аэродинамическую подъемную силу.