Способ разрушения ледяного покрова на мелководье
Владельцы патента RU 2709979:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук" (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема" (RU)
Изобретение относится к ледотехнике, в частности к выполнению ледокольных работ судами на воздушной подушке (СВП). Предложен способ разрушения ледяного покрова на мелководье, включающий в себя одновременное перемещение с резонансной скоростью в одном и том же направлении двух СВП вдоль кромки льда, при этом первое судно перемещают по свободной воде, а второе - по сплошному льду позади первого на расстоянии от него, равном четверти длины резонансной изгибно-гравитационной волны (ИГВ). Во время движения у судов периодически с частотой резонансных ИГВ отключают и включают вентиляторно-подъемные комплексы с периодом времени, равном половине периода этих волн. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова благодаря интерференции гравитационных волн и ИГВ, возбуждаемых двумя судами. 2 ил.
Изобретение относится к ледотехнике и может быть использовано для выполнения ледокольных работ с помощью СВП.
Известен способ разрушения ледяного покрова (1. RU 2203827 С2, 20.10 2002), заключающийся в перемещении СВП по свободной воде вдоль кромки льда с последующим его выходом и движением по ледяному покрову, при этом движение по свободной воде осуществляют при отключенном вентиляторно-подъемном комплексе.
Также известен способ разрушения ледяного покрова на мелководье (2. RU 2457975 C1, 10.08.2012), принятый в качестве прототипа, заключающийся в перемещении двух СВП с резонансной скоростью вдоль кромки льда, при этом первое судно перемещают по свободной воде, а второе - по сплошному льду позади первого на расстоянии от него, равном четверти длины резонансных ИГВ.
Недостатком этого способа является его низкая эффективность.
Сущность изобретения заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова резонансным методом (3. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Изд-во «Академия Естествознания». 2007. - 355 с.) за счет возбуждения во льду системы дополнительных к основной системе резонансных ИГВ.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого льда.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова на мелководье, заключающийся в одновременном перемещении в одном и том же направлении двух судов на воздушной подушке вдоль кромки льда в непосредственной близости друг к другу и к кромке льда, при этом первое судно перемещают с критической скоростью по свободной воде, а второе - с резонансной по сплошному льду позади первого на расстоянии от него, равном четверти длины резонансной ИГВ.
Отличительные во время движения у судов периодически с частотой резонансных ИГВ отключают и включают вентиляторно-подъемные комплексы с периодом времени, равном половине периода этих волн.
Известно (4. Павленко Г.Е. Сопротивление воды движению судов. М.: Морской транспорт, 1956, - 508 с.), что на мелководье при критической скорости судна υк, равной (q - ускорение силы тяжести, Н - глубина водоема), расходящиеся и поперечные волны совмещаются, образуя одну ярко выраженную поперечную волну максимальной амплитуды и движущуюся впереди судна.
Также известно (5. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат.1967. - 216 с.), что на мелководье скорость резонансных ИГВ υр в ледяном покрове также равна 
а длина этих волн равна 
где D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины, ρл - плотность льда, h - толщина льда.
Известно и то, что периодическое приложение поперечной нагрузки к ледяному покрову с частотой его резонансных ИГВ резко увеличивает его деформации (их амплитуду) по сравнению с деформациями от такой же нагрузки, но приложенной стационарно [5].
Известно (6. Войткунский Я.И., "Сопротивление движению судов". Л., Судостроение, 1988), что ухудшение обтекаемости формы подводной части корпуса судна сопровождается увеличением волнового сопротивления, т.е. амплитуды возбуждаемых волн. Таким образом, если ухудшить обтекаемость (плавность) обводов судна, то можно повысить интенсивность волнообразования и, соответственно, эффективность разрушения ледяного покрова резонансным методом. Для этого у СВП, движущегося по свободной воде, достаточно отключить вентиляторно-подъемный комплекс. Лишившись воздушной подушки, обтекаемость которой достаточно высокая, судно ляжет на корпус, представляющий у СВП коробчатую конструкцию. В результате обтекаемость формы подводной части судна ухудшится, что при неизменной скорости судна вызовет увеличение его волнового сопротивления и соответствующий рост амплитуды возбуждаемых волн.
Также известно, что при воздействии вертикальной импульсной нагрузки на лед в нем возбуждаются ИГВ [5].
Изобретение осуществляется следующим образом. По ледяному покрову начинают перемещать два СВП. При этом первое СВП перемещают по свободной воде с критической скоростью вдоль кромки льда в непосредственной близости от нее, а второе - по кромке ледяного покрова параллельным курсом также вблизи нее с резонансной скоростью. Поскольку в условиях мелководья эти скорости равны друг другу, то для достижения суммарных ИГВ наибольшей амплитуды второе СВП перемещают позади первого на расстоянии от него, равном λp/4. Такое отставание второго СВП обеспечит его расположение в пучности ИГВ, возникающих от движения первого судна. В этом случае волновое сопротивление второго СВП станет максимальным и соответственно, амплитуда суммарных, т.е. основных, ИГВ - наибольшей. Если после этого разрушения ледяного покрова не произойдет, т.е. амплитуда возбуждаемых при этом основных ИГВ окажется не достаточной для разрушения льда, то во время движения у судов периодически с частотой резонансных ИГВ отключают, а затем включают вентиляторно-подъемные комплексы с периодом времени, равном половине периода этих волн. Выполнение этих условий приведет к возбуждения в ледяном покрове системы дополнительных резонансных ИГВ. Указанная продолжительность работы комплексов будет способствовать более эффективной раскачке ледяного покрова, т.к. при отключенном комплексе (при увеличенном волновом сопротивлении) СВП будет в течение полупериода гравитационной волны находиться на ее подошве, т.е. будет способствовать увеличению ее глубины. В момент начала формирования гребня ИГВ, т.е. через время, равное ее полупериоду, комплекс включают. Волновое сопротивление снизится, что не будет препятствовать росту высоты гребня гравитационных волн, т.е. высоты этих вон. В результате гравитационные волны будут трансформироваться в ИГВ с большей по сравнению с прототипом интенсивностью.
Аналогичные процессы будут происходить и при периодических ударах по льду корпусом судна, которые будут происходить в моменты отключения вентиляторно-подъемного комплекса. В результате в ледяном покрове возникнут дополнительные ИГВ, когерентные с основными ИГВ от трансформации гравитационных волн, возбужденных при поступательном движении первого СВП. Амплитуда суммарных ИГВ вследствие интерференции всех волновых систем, а следовательно, и их ледоразрушающая способность возрастут, что позволит достичь заявленный технический результат.
Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показан вид на расположение СВП сверху; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.
По свободной воде 1 перемещают первое СВП 2 вдоль кромки 3 ледяного покрова 4 с критической скоростью υк (фиг.1). Вслед за ним с резонансной скоростью υр перемещают позади первого второе СВП 5 на расстоянии от него, равном λр/4 (фиг. 1, 2).
Способ разрушения ледяного покрова на мелководье, заключающийся в одновременном перемещении в одном и том же направлении двух судов на воздушной подушке вдоль кромки льда в непосредственной близости друг к другу и к его кромке, при этом первое судно перемещают по свободной воде с критической скоростью, а второе - с резонансной по сплошному льду позади первого на расстоянии от него, равном четверти длины резонансной изгибно-гравитационной волны, отличающийся тем, что во время движения у судов периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн отключают и включают вентиляторно-подъемные комплексы с периодом времени, равном половине периода этих волн.
