Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к области судоходства в ледовых условиях, в частности к судам на воздушной подушке, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Предложен способ разрушения ледяного покрова, который заключается в возбуждении во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при движении судна на воздушной подушке вблизи берега вдоль его береговой линии с резонансной скоростью и использовании напряженно-деформированного состояния ледяного покрова, возникающего по береговой линии во время морского прилива. Одновременно с движением вдоль береговой линии судно перемещают по круговой траектории диаметром, равном длине резонансных изгибно-гравитационных волн, и со скоростью, обеспечивающей ему максимальный дифферент на корму. Движение по круговой траектории возобновляют каждый раз после выхода судна на прежнее направление движения и прохождения им расстояния, равного длине резонансных изгибно-гравитационных волн. Повышается эффективность разрушения ледяного покрова. 1 ил.

 

Изобретение относится к области судоходства в ледовых условиях, в частности, к судам на воздушной подушке (СВП), разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Издательство «Академия Естествознания», 2007. - 355 с., см. с. 7).

Известно техническое решение (2. RU 2211169 С2), в котором для повышения эффективности воздействия на ледяной покров движение СВП осуществляют вблизи берега с использованием напряженно-деформированного состояния (НДС) ледяного покрова, возникающего по береговой линии во время морского прилива. Вначале судно перемещают вдоль береговой линии на расстоянии от кромки примерзшего к берегу льда, равном полудлине волны статического прогиба ледяного покрова, с резонансной скоростью, а затем с этой же скоростью - вдоль образовавшейся свободной кромки. Данное решение принято за прототип.

Недостатком способа является его ограниченная ледоразрушающая способность.

Задача заявляемого изобретения состоит в увеличении амплитуды возбуждаемых СВП изгибно-гравитационных волн (ИГВ).

Технический результат заключается в увеличении амплитуды возбуждаемых СВП ИГВ, что позволяет разрушать лед большей толщины.

Известно (3. Павленко Г.Е. Сопротивление воды движению судов. М.: Морской транспорт. 1956. 508 с., см. с. 476), что уменьшение ширины акватории сопровождается увеличением сопротивления движению судов за счет роста его волновой составляющей, т.е. амплитуды возбуждаемых волн. К таким же результатам приводят уменьшение ее глубины, наклонность дна и движение судов с углом дрейфа, т.е. когда направление диаметральной плоскости судна не совпадает с его вектором скорости.

Также известно (4. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. Л.: Судостроение. 1988. 288 с., см. с. 144), что при сужении канала (движение в узкостях) неизбежно возникают отраженные волны, что также увеличивает волновое сопротивление, т.е. амплитуду возбуждаемых волн.

В работе (5. Ляпидевский В.Ю., Тешуков В.М. Математические модели распространения длинных волн в неоднородной жидкости. Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 420 с.) отмечено, что сужение канала, когда происходит уменьшение длины фронта волны, вызывает увеличение ее амплитуды (из-за своеобразной, как при распространении цунами в таких условиях, концентрации энергии).

Также известно (6. Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом. Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, ПГУ им. Шолом-Алейхема. 2013. 250 с., см. с. 18), что при возбуждении ИГВ максимальной амплитуды СВП приобретает максимальный дифферент на корму.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке, включающий возбуждение во льду резонансных ИГВ при его движении вблизи берега вдоль его береговой линии с резонансной скоростью с использованием НДС ледяного покрова, возникающего по береговой линии во время морского прилива, при этом вначале судно перемещают вдоль береговой линии на расстоянии от кромки примерзшего к берегу льда, равном полудлине волны статического прогиба ледяного покрова с резонансной скоростью, а затем с этой же скоростью - вдоль образовавшейся свободной кромки льда.

Отличительные: одновременно с движением вдоль береговой линии судно перемещают по круговой траектории диаметром, равном длине резонансных ИГВ, и со скоростью, обеспечивающей ему максимальный дифферент на корму, при этом движение по круговой траектории возобновляют каждый раз после выхода судна на прежнее направление движения и прохождения им расстояния, равного длине резонансных ИГВ.

Способ осуществляют следующим образом.

По ледяному покрову вблизи берега вдоль его береговой линии начинают перемещать СВП с резонансной скоростью, величина которой определяется глубиной водоема на пути движения судна [6] с использованием НДС ледяного покрова, возникающего по береговой линии во время морского прилива. Для этого вначале судно перемещают вдоль береговой линии на расстоянии от кромки примерзшего к берегу льда, равном полудлине волны его статического прогиба. Если разрушения льда при этом не происходит, то одновременно с этим судно начинают перемещать по круговым траекториям со скоростью, обеспечивающей ему максимальный дифферент на корму. Это необходимо потому, что при таком движении глубина воды будет постоянно изменяться: при движении судна в сторону берега она будет уменьшаться (при приближении к берегу глубина, а значит, и скорость резонансных ИГВ будут уменьшаться); и - наоборот [6]. Таким образом, величину скорости судна, при которой высота ИГВ будет максимальной, необходимо постоянно изменять, обеспечивая судну максимальный дифферент на корму, т.е. его максимальную ледоразрушающую способность [6]. При этом движение по круговым траекториям возобновляют каждый раз после прохождения судном вдоль береговой линии расстояния, равном длине резонансных ИГВ. Выполнение этого условия позволит судну при прохождения этого расстояния за наименьшее время возбудить ИГВ максимальной амплитуды [1, 6].

Движение по круговым траекториям вблизи береговой линии будет сопровождаться уменьшением длины фронта ИГВ между берегом и соответствующим бортом судна, что приведет к увеличению их амплитуды [5].

При приближении судна к берегу на параметры возбуждаемых волн начнет влиять наклонность дна, уменьшение глубины воды и поступательное движение судна при наличии у него угла дрейфа, что также вызовет увеличение его волнового сопротивления (амплитуды волн) [3]. Кроме этого, периодический разворот судна у берега и движение по криволинейной траектории неизбежно приведут к возникновению в колеблющейся системе "лед-вода" центробежных сил, также способствующих росту их амплитуды. Этому будет способствовать и неизбежная в таких условиях возникающая генерация отраженных волн, которые, накладываясь на основные от движения судна по круговым траекториям, также увеличат его волновое сопротивление [4], т.е. повысят ледоразрушающую способность возбуждаемых ИГВ [6]. Диаметр траектории при этом должен быть не более длины резонансных ИГВ λ_р, величину которой можно определить по зависимости:

где D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины, ρ_л - плотность льда, h - толщина льда, Н - глубина воды (7. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат. 1967. 216 с.). При большем диаметре траекторий ИГВ быстро затухают [6], что исключает возможность использования благоприятной, с точки зрения возрастания амплитуды, интерференцию ИГВ, возбуждаемых от движения судна вдоль берега и по круговым траекториям.

В результате к напряжениям во льду от прилива и движению судна вдоль береговой линии, в отличие от прототипа, добавятся дополнительные нагрузки на ледяной покров благодаря использованию вышеперечисленных условий, инерционным свойствам прогрессивных ИГВ и предложенному способу маневрированию судна. Это повысит интенсивность трещинообразования по береговой линии во время морского прилива и позволит достичь заявленного технического результата.

Изобретение поясняется графически.

На фигуре цифрами обозначены: 1 - ледяной покров; 2 - СВП; 3 - береговая линия; 4 - путь движения судна; 5 - круговые траектории; 6 - отраженные волны; 7 - основные волны; 8 - область интерференции основных и отраженных волн.

По ледяному покрову 1 начинают перемещать СВП 2 вдоль береговой линии 3 с резонансной скоростью V_p, величина которой определяется глубиной водоема [2, 6] на пути 4 движения судна. Если разрушения льда 1 не произойдет, то одновременно с этим судно начинают перемещать по круговым траекториям 5 диаметром λ_р со скоростью, обеспечивающей ему максимальный дифферент на корму. Движение по круговым траекториям 5 вблизи береговой линии 3 будет сопровождаться уменьшением длины фронта ИГВ между судном и берегом от L₁ до L₂. Разворот судна у берега неизбежно приведет к возникновению отраженных волн 6, которые, накладываясь на основные волны 7, вызовут их интерференцию в области 8 и образованию свободной кромки, совпадающей с береговой линией 3. Движение по круговым траекториям 5 возобновляют каждый раз после прохождения судном вдоль береговой линии расстояния, равного длине резонансных ИГВ λ_р. Затем судно 2 перемещают вдоль образовавшейся свободной кромки льда 3 с резонансной скоростью V_p. Движение по круговой траектории 5 возобновляют каждый раз после выхода судна на прежнее направление движения 4 и прохождения им расстояния, равного длине резонансных ИГВ λ_р.

Способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке, включающий возбуждение во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении вблизи берега вдоль его береговой линии с резонансной скоростью с использованием напряженно-деформированного состояния ледяного покрова, возникающего по береговой линии во время морского прилива, при этом вначале судно перемещают вдоль береговой линии на расстоянии от кромки примерзшего к берегу льда, равном полудлине волны статического прогиба ледяного покрова, с резонансной скоростью, а затем с этой же скоростью - вдоль образовавшейся свободной кромки льда, отличающийся тем, что одновременно с движением вдоль береговой линии судно перемещают по круговой траектории диаметром, равным длине резонансных изгибно-гравитационных волн, и со скоростью, обеспечивающей ему максимальный дифферент на корму, при этом движение по круговой траектории возобновляют каждый раз после выхода судна на прежнее направление движения и прохождения им расстояния, равного длине резонансных изгибно-гравитационных волн.