Способ разрушения ледяного покрова

Способ разрушения ледяного покрова

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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).

Недостатком 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 в момент повторного прохождения судном подошвы изгибно-гравитационной волны его корпусом создают вертикальные удары по ледяному покрову с частотой резонансных изгибно-гравитационной 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_p, то амплитуда и, соответственно, ледоразрушающая способность ИГВ возрастут.

Значение ω_p можно определить по зависимости (2. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат. - 1967. 217 с.) 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; ПТУ 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.

Не вызывает сомнения и то, что вертикальный удар по ледяному покрову вызовет не только появлении в нем кратковременных деформаций, но и приведет к появлению в нем изгибных колебаний, т.е. к возбуждению ИГВ. Если эти удары создавать периодически с частотой ω_p, то в ледяном покрове возникает 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 и периодически с частотой резонансных ИГВ. Выполнение этих условий обеспечит возбуждение дополнительной системы ИГВ, частота которых будет равна частоте основных резонансных ИГВ ω_p. 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 вышеописанным маневрированием в момент повторного прохождения судном подошвы ИГВ, т.е. места максимального прогиба ледяного покрова, его корпусом создают вертикальные удары по льду. Для этого вентиляторный комплекс отключают на время, достаточное для резкого опускания судна на лед, т.е. создания но нему удара. После чего вентиляторный комплекс включают. Выполнение этой операции при повторном прохождении судном подошвы ИГВ (половины ее длины) обеспечит периодичность этих ударов с частотой резонансных ИГВ. В результате возникает еще одна система резонансных ИГВ. Ее наложение (интерференция) на ранее возбужденную волновую систему приведет к дополнительному 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_p, сообщают дополнительные возвратно-поступательные перемещения с частотой ω_p. Они вызовут возбуждение ИГВ 4 за счет возникновения в точках перегиба профиля ИГВ (А и В) максимального волнового сопротивления R_в, максимальной центробежной силы R_ц в точке С и создания силы от вертикальных ударов R_у. 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 в момент повторного прохождения судном подошвы изгибно-гравитационной волны его корпусом создают вертикальные удары по ледяному покрову с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн.