Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к ледокольным работам. Сущность изобретения: судно 2 на воздушной подушке движется по ледяному покрову 1 и возбуждает резонансные изгибно-гравитационные волны 3, при этом создают аэродинамическую подъемную силу, направленную вниз, путем поворота горизонтальных пластин 5, предварительно установленных на верхней палубе 4 на отрицательный угол атаки (положение 6) по направлению к набегающему потоку воздуха. Угол атаки периодически изменяют с частотой указанных волн. Изобретение позволяет увеличить толщину разрушаемого льда. 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, ИАПУ, 1993, 44 с.), в котором предлагается разрушать ледяной покров СВП путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ), т.е. волн максимальной амплитуды.

Недостатком способа является ограниченная ледоразрушающая способность этих судов.

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; отличительные: в процессе движения на корпусе судна создают и изменяют с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн аэродинамическую подъемную силу, направленную вниз.

Известно (2. Политехнический словарь. Под ред. А.Ю. Ишлинского. М.: Советская энциклопедия, 1980, с.40), 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 СВП, т.е. увеличить амплитуду возбуждаемых ИГВ. Для этого необходимо создать при обтекании корпуса судна набегающим потоком воздуха аэродинамическую подъемную силу, направленную вниз.

Также известно (3. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1967, 217 с.), что периодическое приложение ко льду вертикальной силы 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, т.е. в ледяном покрове разовьются основная и дополнительная системы ИГВ. При совпадении частоты периодической нагрузки с частотой резонансных ИГВ взаимодействие этих волновых систем приведет к возбуждению суммарных ИГВ наибольшей амплитуды.

Способ осуществляется следующим образом.

По ледяному покрову начинают перемещать СВП с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то предварительно установленные на верхней палубе в горизонтальном положении пластины поворачивают на угол атаки, отрицательный по отношению к набегающему потоку воздуха. Дополнительно при наличии ветра СВП направляют ему навстречу. Поворот пластин на отрицательный угол атаки приведет к появлению аэродинамической подъемной силы, направленной вниз, а направление СВП навстречу ветру - к ее росту [2], т.к. скорость обтекания пластин набегающим потоком возрастет. В результате к нагрузке льда от веса СВП добавится аэродинамическая сила, что увеличит амплитуду возбуждаемых ИГВ и, соответственно, толщину разрушаемого льда.

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 угол атаки α, отрицательный по отношению к набегающему потоку воздуха. Дополнительно при наличии ветра СВП направляют ему навстречу. Поворот пластин на отрицательный угол атаки приведет к появлению аэродинамической подъемной силы, направленной вниз, а направление СВП навстречу ветру - к ее росту [2], т.к. скорость обтекания пластин набегающим потоком возрастет. Угол атаки пластин при этом периодически изменяют от 0 до α с частотой резонансных ИГВ. Это приведет к динамическому приложению аэродинамической подъемной силы к судну и соответствующему возбуждению дополнительных резонансных ИГВ. 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_p поворачивают от 0 до отрицательного угла атаки α, т.е. до положения 6. При наличии ветра со скоростью V_в СВП направляют ему навстречу. Периодический поворот пластин 5 на угол 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_p+V_в. Динамическое приложение силы R_A приведет к возбуждению дополнительных ИГВ 7. Взаимодействие основных 3 и дополнительных 7 ИГВ увеличит амплитуду суммарных ИГВ 8, что вызовет рост толщины разрушаемого льда 1.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении, отличающийся тем, что в процессе движения на корпусе судна создают и изменяют с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн аэродинамическую подъемную силу, направленную вниз.

РИСУНКИ

Рисунок 1