Способ разрушения ледяного покрова на мелководье
Владельцы патента RU 2457975:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет" (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к ледотехнике, в частности к выполнению ледокольных работ судами на воздушной подушке. Способ разрушения ледяного покрова на мелководье включает в себя перемещение судна на воздушной подушке вдоль кромки льда. Вдоль кромки льда перемещают два судна, при этом первое судно перемещают по свободной воде, а второе - по сплошному льду сзади первого на расстоянии от него, равном четверти длины резонансной изгибно-гравитационной волны. Повышение эффективности разрушения ледяного покрова достигается посредством интерференции гравитационной и изгибно-гравитационной волн, возбуждаемых двумя судами, движущимися вдоль кромки ледяного покрова с резонансной скоростью в непосредственной близости друг к другу и к кромке льда. 2 ил.
Изобретение относится к ледотехнике и может быть использовано для выполнения ледокольных работ с помощью амфибийных судов на воздушной подушке (СВП).
Известен способ разрушения ледяного покрова, осуществляемый путем движения СВП по свободной воде в непосредственной близости и вдоль кромки сплошного ледяного покрова, а затем по ней. Такое маневрирование создает дополнительно к волновой нагрузку на лед от веса судна, что увеличивает деформации ледяного покрова и облегчает процесс его разрушения (1. Козин В.М., Новолодский И.Д. Способ разрушения ледяного покрова А.С. СССР №1781968 А1).
Недостатками этого способа являются:
- быстрая затухаемость гравитационных волн вследствие их трансформации в изгибно-гравитационные и отражение от кромки льда, что требует для поддержания их максимальной интенсивности частого повторения маневров;
- сход с кромки и выход на нее приводит к быстрому изнашиванию гибкого ограждения СВП;
- нестационарность режимов движения СВП при маневрировании повышает расход топлива;
- плохая управляемость СВП на низких резонансных скоростях усложняет их маневрирование около кромки льда, т.е. требует использования энергоемких подруливающих устройств;
- при выходе и сходе СВП с кромки льда для последующего движения судна вдоль нее и развития гравитационных и изгибно-гравитационных волн (ИГВ) максимальной амплитуды необходимо затрачивать определенное время, в течение которого неизбежно происходит гашение тех или иных колебаний, т.к. подкачка энергии в колеблющуюся систему «лед-вода» в эти периоды не происходит (судно движется не с максимальным волновым сопротивлением, которое определяет его ледоразрушающую способность).
Сущность изобретения заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова резонансным методом за счет использования в условиях мелководья равенства скорости судна, при которой на свободной воде возбуждаются волны наибольшей амплитуды, т.е. горбовой скорости, резонансной скорости при движении судна по сплошному льду.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении нагрузки на лед за счет благоприятной интерференции (суммирования максимальных амплитуд) двух волновых систем: гравитационной, возникающей при движении судна по свободной воде, и изгибно-гравитационной, возникающей при движении судна по ледяному покрову.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: перемещение СВП вдоль кромки льда.
Отличительные: перемещение двух СВП, при этом первое судно перемещают по свободной воде, а второе - по сплошному льду сзади первого на расстоянии от него, равном четверти длины резонансной изгибно-гравитационной волны.
Известно (1. 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), т.е. горбовой скорости, амплитуда возбуждаемых волн становится максимальной.
Также известно (2. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат.1967. - 216 с.), что на мелководье скорость резонансных ИГВ υp 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 (3. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Изд-во «Академия Естествознания». 2007. - 355 с.), что при выполнении ледокольных работ двумя СВП наиболее эффективным режимом является движение фронтом.
Поскольку вода является более податливой средой, чем ледяной покров, то движение СВП по свободной воде вдоль кромки льда, а не по льду возбуждает ИГВ большей амплитуды (4. Жесткая В.Д., Козин В.М. Исследования возможностей разрушения ледяного покрова амфибийными судами на воздушной подушке. Владивосток: Дальнаука. 2003. - 161 с.).
Изобретение осуществляется следующим образом. Если при движении одного СВП с резонансной скоростью вдоль кромки ледяного покрова разрушения льда не происходит, т.е. его массы оказывается не достаточно для возбуждения ИГВ необходимой амплитуды, то на ледяной покров выводят второе СВП. Первое СВП перемещают по свободной воде с критической (горбовой) 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 возникнет благоприятная интерференция возбуждаемых гравитационных и изгибно-гравитационных волн. Для достижения суммарных ИГВ наибольшей амплитуды второе СВП перемещают сзади от 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 ИГВ - наибольшей, 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 (см. фиг.1). Вслед за ним с резонансной скоростью υp перемещают сзади от первого второе СВП 5 на расстоянии от него, равном λp/4 (см. фиг.1, 2).
Способ разрушения ледяного покрова на мелководье, заключающийся в перемещении судна на воздушной подушке вдоль кромки льда, отличающийся тем, что вдоль кромки льда перемещают два судна, при этом первое судно перемещают по свободной воде, а второе - по сплошному льду сзади первого на расстоянии от него, равном четверти длины резонансной изгибно-гравитационной волны.
