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, т.е. их ледоразрушающая способность.

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 осуществляют в пределах четверти длины 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.

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 следующим образом. При возбуждении резонансных ИГВ судно испытывает максимальное волновое сопротивление, находится в точке перегиба профиля ИГВ и имеет максимальный дифферент на корму [1, 3]. Для обеспечения подкачки дополнительной энергии в систему ИГВ с целью увеличения их амплитуды скорость судна снижают. В результате оно будет как бы скатываться на подошву ИГВ, где его дифферент станет равным нулю. Затем скорость СВП увеличивают и за счет этого оно вновь перемещается в точку перегиба профиля ИГВ. Т.о. перемещение судна осуществляют в пределах половины впадины или четверти длины ИГВ . При этом судно будет вновь испытывать волновое сопротивление, возрастающее от нуля до максимума, т.к. в точке перегиба профиля ИГВ оно будет иметь максимальный дифферент. Такое возвратно-поступательное движение СВП осуществляют периодически с частотой ω_р. В результате будет возникать дополнительная система резонансных ИГВ, которая в результате интерференции с основной увеличит суммарную амплитуду ИГВ, соответственно, их ледоразрущающую способность, т.е. толщину разрушаемого льда. 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 четверти длины ИГВ (расстояние АВ=λ_р/4), перемещающейся с резонансной скоростью υ_p, сообщают дополнительные возвратно-поступательные перемещения с частотой ω_р. Они вызовут возбуждение ИГВ 4 за счет возникновения в точке перегиба профиля ИГВ (В) максимального волнового сопротивления R_в, а также максимальной центробежной силы R_ц в точке А. 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 осуществляют в пределах четверти длины волн.