Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к области ледотехники, в частности к средствам разрушения ледяного покрова. Способ разрушения ледяного покрова осуществляется судном на воздушной подушке при его движении по льду с резонансной скоростью. При этом после возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн судну в пределах перемещающейся за ним с резонансной скоростью первой впадины волн сообщают дополнительные периодические возвратно-поступательные перемещения в направлении его движения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн. При этом перемещения обеспечивают максимальными в пределах впадины волн, т.е. равными половине их длины, а давление в воздушной подушке судна периодически изменяют с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова. 1 ил.

 

Изобретение относится к области ледотехники, в частности к средствам разрушения ледяного покрова.

Из уровня техники известно использование судов на воздушной подушке (СВП) для разрушения ледяного покрова резонансным способом, т.е. путем возбуждения в ледяном покрове резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) при движении судна по льду с резонансной скоростью (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М.: Издательство «Академия Естествознания». 2007. - 355 С. ISBN 987-5-91327-017-7).

Недостаткам способа является недостаточная амплитуда ИГВ, возбуждаемых при движении СВП.

Сущность изобретения заключается в увеличении амплитуды ИГВ.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины ледяного покрова, разрушаемого СВП.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке при его движении по льду с резонансной скоростью.

Отличительные: после возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн судну в пределах перемещающейся за ним с резонансной скоростью первой впадины волн сообщают дополнительные периодические возвратно-поступательные перемещения в направлении его движения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом перемещения обеспечивают максимальными в пределах впадины волн, т.е. равными половине их длины, а давление в воздушной подушке судна периодически изменяют с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн.

Общеизвестно, что, если на волновую (основную) систему подействовать периодическими (дополнительными) возмущениями с ее частотой, то в результате интерференции колебаний произойдет увеличение амплитуды волн основной системы. Таким образом, если после возбуждения системы резонансных ИГВ к ледяному покрову приложить дополнительную периодическую динамическую нагрузку с частотой, равной частоте резонансных ИГВ ω_р, то амплитуда и соответственно ледоразрушающая способность ИГВ возрастут.

Значение ω_р можно определить по зависимости (2. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1967. 217 С.) $${\omega }_p=gH\sqrt{\frac{{\rho }_{л}h}{D}}$$ , где g - ускорение свободного падения; Н - глубина водоема; ρ_л, h - плотность и толщина льда; D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины.

Известно (3. Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом. - Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН; ПГУ им. Шолом-Алехейма; АмГПГУ. - 2013, 250 С.), что максимальные деформации (глубина впадины ИГВ), а значит и изгибные напряжения в ледяном покрове, возникают в месте возникновения первой за СВП впадины ИГВ. Поэтому для более эффективного увеличения амплитуды ИГВ дополнительную периодическую нагрузку следует прикладывать именно в этом месте.

Очевидно, что характер дополнительной динамической нагрузки может быть самым разнообразным. В нашем случае рациональным может оказаться предлагаемое возвратно-поступательное движение СВП. В этом случае за счет максимального увеличения волнового сопротивления СВП в точках перегиба профиля ИГВ, т.е. возникновения у судна максимального дифферента, и возникновения центробежных сил на подошве ИГВ будут возникать благоприятные условия для увеличения их амплитуды.

Также известно (4. Козин В.М., Скрипачев В.В. Колебания ледяного покрова под действием периодически изменяющейся нагрузки / Прикладная механика и техническая физика. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. - 1992. - №5), что приложение к ледяному покрову периодической нагрузки приводит к возбуждению в нем ИГВ. Если частота такого воздействия окажется равной ω_р, то амплитуда волн резко возрастет, т.е. в ледяном покрове возникнет система резонансных ИГВ.

Способ осуществляется следующим образом.

По ледяному покрову начинают перемещать СВП с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то после возбуждения во льду резонансных ИГВ (ИГВ максимальной амплитуды), перемещающихся с резонансной скоростью, судну начинают сообщать дополнительные возвратно-поступательные перемещения. Эти перемещения сообщают в направлении первоначального движения судна максимальными в пределах первой впадины ИГВ, перемещающихся за СВП, т.е. равными половине их длины $${\lambda }_p=2\pi \sqrt{\frac{D}{{\rho }_{л}hgH}}$$ [2] и периодически с частотой резонансных ИГВ. Выполнение этих условий обеспечит возбуждение дополнительной системы ИГВ, частота которых будет равна частоте основных резонансных ИГВ ω_р. Волновые системы окажутся когерентными и вследствие этого способными интерферировать друг с другом, т.е. периодически увеличивать их суммарные амплитуды и соответственно ледоразрущающую способность ИГВ.

Если и этого окажется недостаточно для разрушения ледяного покрова, то одновременно с выше описанным маневрированием давление в воздушной подушке судна, например, за счет управления режимом работы вентиляторного, т.е. подъемного, комплекса СВП начинают изменять с частотой ω_р. В результате возникнет еще одна система резонансных ИГВ. Интерференция систем резонансных ИГВ приведет к увеличению суммарных амплитуд ИГВ и соответственно их ледоразрущающей способности.

Изобретение поясняется чертежом.

По ледяному покрову 1 начинают перемещать СВП 2 с резонансной скоростью υ_p. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то судну в пределах впадины ИГВ (расстояние АВ=λ_р/2), перемещающейся с резонансной скоростью υ_р, сообщают дополнительные возвратно-поступательные перемещения с частотой ω_р. Они вызовут возбуждение ИГВ 4 за счет возникновения в точках перегиба профиля ИГВ (А и В) максимального волнового сопротивления R_в, а также максимальной центробежной силы R_ц в точке С. В результате интерференции ИГВ 3 и ИГВ 4 амплитуды суммарных волн будут периодически возрастать до ИГВ 5.

Способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке при его движении по льду с резонансной скоростью, отличающийся тем, что после возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн судну в пределах перемещающейся за ним с резонансной скоростью первой впадины волн сообщают дополнительные периодические возвратно-поступательные перемещения в направлении его движения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом перемещения обеспечивают максимальными в пределах впадины волн, т.е. равными половине их длины, а давление в воздушной подушке судна периодически изменяют с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн.