Ледокольное судно на воздушной подушке

 

Изобретение относится к ледокольным работам. Сущность изобретения: по льду 1 перемещают судно 2 на воздушной подушке с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых изгибно-гравитационных волн 3 оказывается недостаточной для разрушения льда, то судно 2 останавливают. От статического нагружения в ледяном покрове возникнет чаша прогиба 4. При помощи гидропривода 5 начинают выдвигать вертикальный ледовый бур 6 установленный в корпусе 7 судна 2. Бур 6 имеет водопроточный канал 8 и режущую кромку 9. Затем при помощи ледового бура 6 во льду 1 сверлится отверстие 10. После этого к верхней кромке 11 ледового бура 6 присоединяют шланг 12 центробежного насоса 13 и начинают откачивать воду 14 из-подо льда 1. Откачанная вода 15 из насоса 13 поступает под юбку 16 судна 2 в чашу прогиба 4. Здесь она нагревается тепловентилятором 17, предварительно установленным в корпусе 7 судна 2. Это приведет к разрушению ледяного покрова и образованию в нем майны. После этого насос 13 и тепловентилятор 17 отключают, бур 6 задвигают в исходное положение, а судно 2 удаляют от майны на расстояние, достаточное для развития изгибно-гравитационных волн 3 максимальной амплитуды. Затем судно 2 разворачивают и начинают движение с резонансной скоростью в направлении майны. Изобретение позволяет повысить эффективность разрушения ледяного покрова резонансным методом. 2 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к амфибийным судам на воздушной подушке (СВП), разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. Зуев В. А. , Козин В.М. Использование судов на воздушной подушке для разрушения ледяного покрова. - Владивосток, ДВГУ, 1988, 87 с.).

Известно (2. Патент РФ 2173651 от 14.08.00), что для разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке в корпусе судна на одной вертикали с центром масс его корпуса устанавливают вертикальный выдвижной плунжер, которому сообщают периодические вертикальные перемещения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове.

Недостатками известного способа являются возможное появление у судна крена или дифферента в тот момент, когда выдвижение плунжера больше высоты парения корпуса СВП над поверхностью льда и, как следствие этого, большая вероятность контакта корпуса судна со льдом и возможность повреждений элементов корпуса во время периодических вертикальных перемещений. Кроме того, совершение вертикальных колебаний плунжера, нагруженного весом всего судна, потребует больших энергозатрат и увеличения прочности корпуса судна в месте установки плунжера.

Задача заявляемого изобретения заключается в увеличении амплитуды резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ), возбуждаемых движущимся СВП.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении эффективности разрушения ледяного покрова резонансным методом.

Требуемый результат достигается путем образования в ледяном покрове майны, создаваемой во льду перед началом выполнения ледокольных работ резонансным методом.

Известно (3. Козин В.М., Жесткая В.Д. Исследования параметров изгибно-гравитационных волн в полубесконечном ледяном покрове от движущегося СВП при наличии полосы битого льда. Труды международной конференции "Проблемы прочности и эксплуатационной надежности". - Владивосток, ДВГТУ, 1996, 87 с.), что наличие в ледяном покрове локальных неоднородностей в виде майны значительно повышает эффективность разрушения льда резонансным методом. Поэтому, если СВП начинает соответствующее маневрирование вблизи или непосредственно над майной, то его ледоразрушающая способность при резонансном методе ломки льда возрастает, т.к. ледяное поле, имеющее свободную кромку, легче раскачать до предельных амплитуд.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледокольное судно на воздушной подушке, содержащее корпус с гибким ограждением и надстройкой.

Отличительные: в корпусе судна устанавливают вертикальный выдвижной ледовый бур с выполненным внутри него водопроточным каналом, присоединенным к центробежному насосу, и тепловентилятор для нагрева воздуха в подкупольном пространстве СВП.

Согласно теореме Бернулли (4. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М. : Наука, 1978, 736 с.) при стационарном движении тяжелой несжимаемой жидкости с увеличением скорости жидкости давление в ней понижается. Значит, если откачивать воду из-подо льда через отверстие во льду, то по мере приближения к этому отверстию скорость воды будет возрастать, а давление соответственно падать. Таким образом, давление на лед со стороны воды, т.е. силы поддержания воды, будут уменьшаться.

Если затем откачанную воду выливать на лед в чашу статического прогиба, образованную в ледяной пластине от силы тяжести СВП, то давление на лед со стороны судна будет увеличиваться за счет веса откачанной из-подо льда воды.

Кроме того, если в это время включить тепловентилятор для нагрева воздуха в подкупольном пространстве, то находящаяся в чаше статического прогиба вода будет нагреваться. При контакте верхней кромки льда с откачанной и нагретой водой температура верхних слоев льда будет повышаться. Это приведет к уменьшению модуля упругости и прочности льда и к более вероятному разрушению льда при прочих аналогичных условиях.

Таким образом, все вышеперечисленные факторы, а именно уменьшение давления воды на лед снизу, увеличение давления на лед сверху, повышение температуры, уменьшение модуля упругости и прочности льда, приведут к разрушению ледяного покрова и образованию в нем майны.

Изобретение реализуют следующим образом. По ледяному покрову начинают перемещать СВП с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то судно останавливают. Затем, например, при помощи гидропривода начинают выдвигать вертикальный полый ледовый бур, предварительно установленный в корпусе судна, до контакта бура со льдом. Затем во льду сверлится отверстие. После получения во льду отверстия некоторое количество воды выльется на лед, т.к. вследствие статической нагрузки судна на лед в ледовой пластине образуется прогиб. Если данного количества воды будет недостаточно для образования пролома во льду и образования майны, то поступают следующим образом.

К верхней кромке водопроточного канала ледового бура присоединяют центробежный насос и начинают откачивать воду из-подо льда и выливать ее под юбку судна в чашу статического прогиба льда. Давление воды на лед снизу упадет, давление сверху на лед увеличится. Одновременно включают тепловентилятор, предварительно установленный в корпусе судна. Вследствие этого произойдет нагрев воздуха в подкупольном пространстве СВП и нагрев воды в чаше статического прогиба. Контакт верхних слоев льда с теплой водой приведет к уменьшению модуля упругости и прочности льда. В результате всех этих факторов произойдет разрушение ледяного покрова и образование в нем майны, заполненной битым льдом. После этого насос и тепловентилятор отключают, ледовый бур задвигают в исходное положение. При необходимости увеличения размеров майны судно перемещают на кромку неразрушенного льда и ломают кромку давлением в воздушной подушке (см. [1]).

После приготовления майны необходимых размеров СВП удаляют от нее на расстояние, достаточное для развития ИГВ максимальной амплитуды (для раскачивания льда до максимальной амплитуды требуется определенное время) при движении СВП с резонансной скоростью. Затем судно разворачивают и начинают движение с резонансной скоростью в направлении майны. В момент ее прохождения в ледяном покрове, ослабленном майной, амплитуда ИГВ возрастет и лед начнет разрушаться за судном при его поступательном движении.

Изобретение поясняется графически, где на фиг.1 показана схема деформирования ледяного покрова СВП; на фиг.2 - схема его маневрирования при выполнении ледокольных работ.

По ледяному покрову 1 перемещают СВП 2 с резонансной скоростью v_p. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ 3 оказывается недостаточной для разрушения льда, то судно 2 останавливают. От статического нагружения в ледяном покрове возникнет чаша прогиба 4. При помощи гидропривода 5 начинают выдвигать вертикальный ледовый бур 6, предварительно установленный в корпусе 7 судна 2. Бур 6 имеет водопроточный канал 8 и режущую кромку 9. Затем при помощи ледового бура 6 во льду 1 сверлится отверстие 10. После этого к верхней кромке 11 ледового бура 6 присоединяют шланг 12 центробежного насоса 13 и начинают откачивать воду 14 из-подо льда 1. Откачанная вода 15 из насоса 13 поступает под юбку 16 судна 2 в чашу прогиба 4. Здесь она нагревается тепловентилятором 17, предварительно установленным в корпусе 7 судна 2. Это приведет к разрушению ледяного покрова и образованию в нем майны 18, заполненной битым льдом. После этого насос 13 и тепловентилятор 17 отключают. Ледовый бур 6 задвигают в исходное положение.

После приготовления майны 18 СВП удаляют от нее на расстояние L, достаточное для развития ИГВ максимальной амплитуды при движении СВП с резонансной скоростью v_p. Затем судно 2 разворачивают и начинают движение с резонансной скоростью в направлении майны 18. В момент ее прохождения в ледяном покрове амплитуда ИГВ возрастает до профиля 19 и лед начинает разрушаться за судном при его поступательном движении.

Формула изобретения

Ледокольное судно на воздушной подушке, содержащее корпус с гибким ограждением и надстройкой, отличающееся тем, что в корпусе судна устанавливают вертикальный выдвижной ледовый бур с выполненным внутри него водопроточным каналом, присоединенным к центробежному насосу, и тепловентилятор для нагрева воздуха в подкупольном пространстве судна на воздушной подушке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2