RU2229410C2 - Method of breaking ice cover - Google Patents

Abstract

FIELD: shipbuilding; hovercraft breaking ice cover. SUBSTANCE: proposed method is performed by amphibian hovercraft and consists in excitation of resonance flexural gravitational waves in ice cover during running of ship on ice at resonance speed. Ship makes several passes over field of ice to be broken. Number of lanes is limited by number which does not cause increase of vertical component of shipboard air propeller thrust. Repeated passes are performed at critical speed. EFFECT: enhanced efficiency of breaking ice cover. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к амфибийным судам на воздушной подушке (СВП), разрушающим ледяной покров резонансным методом, т.е. путем возбуждения резонансных изгибно-гравитационных волн [1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова./Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада. - Владивосток, ИАПУ, 1993, с.44].The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to amphibious hovercraft (SVP), which destroy the ice cover by the resonance method, i.e. by exciting resonant flexural-gravitational waves [1. Kozin V.M. The resonant method of ice cover destruction. / Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences in the form of a scientific report. - Vladivostok, IAPU, 1993, p.44].

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми СВП [2. Зуев В.А., Козин В.М. Использование судов на воздушной подушке для разрушения ледяного покрова. - Владивосток, ДВГУ, 1988, 128 с.].The prior art is known from the method of ice cover destruction by resonant flexural-gravitational waves (IGW) excited by SVP [2. Zuev V.A., Kozin V.M. The use of hovercraft to destroy ice cover. - Vladivostok, FENU, 1988, 128 pp.].

Известный способ осуществляется следующим способом: СВП выводят на ледяной покров и перемещают по нему с резонансной скоростью V_р, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ и дифферент судна на корму максимальны.The known method is carried out in the following way: SVP is brought out on the ice cover and moved along it with a resonant speed V _p , i.e. at the speed at which the amplitude of the excited IHV and the trim of the vessel at the stern are maximum.

Недостатком способа является невозможность определения максимальной степени разрушения ледяного покрова в процессе движения судна.The disadvantage of this method is the inability to determine the maximum degree of destruction of the ice cover during the movement of the vessel.

Сущность изобретения заключается в увеличении степени разрушения ледяного покрова до максимально возможной при резонансном методе разрушения льда и определении момента ее наступления.The essence of the invention is to increase the degree of destruction of the ice cover to the maximum possible with the resonance method of ice destruction and determining the moment of its onset.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в определении минимального количества проходов судна, достаточного для достижения максимальной степени разрушения ледяного покрова при неоднократных его проходах по полю разрушаемого льда, и создании поля мелкобитого льда с минимальными энергозатратами, при этом количество проходов ограничивают их числом, превышение которого не вызывает возрастания дифферента судна на корму.The technical result obtained by the implementation of the invention is to determine the minimum number of passages of the vessel, sufficient to achieve the maximum degree of destruction of the ice cover when it passes repeatedly on the field of destructible ice, and to create a field of shallow ice with minimal energy consumption, while the number of passes limit their number, the excess of which does not cause an increase in the trim of the vessel aft.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.The essential features characterizing the invention.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова СВП путем возбуждения резонансных ИГВ в ледяном покрове при движении судна по льду с резонансной скоростью.Restrictive: the method of destruction of the ice cover of the SVP by excitation of resonant IGW in the ice cover when the vessel moves on ice at a resonant speed.

Отличительные: в процессе движения производят неоднократные повторные проходы судна по полю разрушаемого льда, при этом количество проходов ограничивают числом, превышение которого не приводит к увеличению вертикальной составляющей упора воздушного винта судна, а повторные проходы судна осуществляют с критической скоростью.Distinctive: during the movement, the ship repeatedly passes through the field of destructible ice, while the number of passes is limited by the number, exceeding which does not increase the vertical component of the ship's propeller stop, and repeated ship passes at a critical speed.

Известно [3. Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. - Л.: Судостроение, 1968, 240 с.], что повторные проходы судна по полю битого льда увеличивают степень его разрушения (уменьшают размеры обломков льда). При этом максимальные поперечные размеры льдин не превышают 3-5 толщины льда, т.е. битый лед превращается в мелкобитый. Очевидно, что аналогичные процессы, т.е. измельчение обломков льда, будут сопровождать и повторные проходы СВП над ледяным покровом, разрушенным резонансными ИГВ от первого прохода. Понятно, что процесс измельчения крупнобитого льда ИГВ будет продолжаться до тех пор, пока в отдельных обломках льда не будут возникать изгибные напряжения, превышающие предел прочности льда на изгиб. Поскольку длина и амплитуда волн, возбуждаемых СВП в битом льду, имеют конечные размеры, то и минимальные размеры обломков битого льда тоже будут ограниченными (см. [2], [3]). К этому заключению можно прийти и после анализа физических процессов, происходящих при деформировании поля битого льда волновой нагрузкой. Действительно, вначале после первого прохода судна с резонансной скоростью в ледяном покрове возникает канал, заполненный крупнобитым льдом [2].It is known [3. Kashtelyan V.I., Poznyak I.I., Ryvlin A.Ya. The resistance of ice to the movement of the vessel. - L .: Sudostroenie, 1968, 240 pp.], That repeated passages of the vessel along the field of broken ice increase the degree of its destruction (reduce the size of ice fragments). In this case, the maximum transverse dimensions of the ice floes do not exceed 3-5 ice thicknesses, i.e. broken ice turns into shallow. Obviously, similar processes, i.e. crushing of ice fragments will also be accompanied by repeated passes of SVP over the ice cover destroyed by resonant IGW from the first pass. It is clear that the process of crushing the IGV coarse ice will continue until bending stresses exceeding the bending strength of the ice occur in individual ice fragments. Since the length and amplitude of waves excited by SVPs in broken ice have finite dimensions, the minimum sizes of broken ice fragments will also be limited (see [2], [3]). This conclusion can also be reached after analyzing the physical processes that occur when a field of broken ice is deformed by a wave load. Indeed, in the beginning, after the first passage of the vessel with a resonant speed in the ice cover, a channel appears, filled with broken ice [2].

Последующие неоднократные повторные проходы по проложенному каналу с критической скоростью, т.е. со скоростью, при которой амплитуда волн, возбуждаемых судном теперь уже в битом льду, и дифферент судна на корму также будут максимальными (см. [1]), будут приводить к измельчению обломков. Однако после определенного количества проходов этот процесс прекратится, т.к. СВП непосредственно не контактирует со льдом, а воздействует на него возбуждаемыми волнами. Крупнобитый лед превратится в мелкобитый, при этом поперечные размеры обломков льда перестанут уменьшаться независимо от количества последующих проходов судна.Subsequent repeated repeated passes along the laid channel at a critical speed, i.e. at a speed at which the amplitude of the waves excited by the ship is now already in broken ice and the trim of the ship's stern will also be maximum (see [1]), they will lead to the fragmentation of the fragments. However, after a certain number of passes, this process will stop, because SVP does not directly contact the ice, but acts on it with excited waves. Coarse ice will turn into small ice, while the transverse dimensions of the ice fragments will no longer decrease regardless of the number of subsequent passes of the vessel.

Также известно [4. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967, 272 с.], что при разрушении льда ИГВ трансформируются в гравитационные, т.е. битый лед перестает влиять на скорость и частоту волн. При этом с уменьшением размеров обломков льда длина волн уменьшается, а амплитуда возрастает. Поэтому чем больше будет степень разрушения льда, тем больше будет амплитуда ИГВ и дифферент судна ψ. Очевидно, что направление силы упора воздушного винта при дифференте судна также повернется на угол ψ по отношению к горизонту. При этом в упорном подшипнике винта наряду с горизонтальной составляющей появится вертикальная составляющая упора. Таким образом, по величине вертикальной составляющей упора воздушного винта можно судить о степени разрушения льда, а по ее максимальному увеличению при реализации резонансного метода разрушения льда СВП можно определить момент наступления максимальной степени разрушения ледяного покрова, когда размеры обломков льда станут минимальными.Also known [4. Heysin D.E. Dynamics of ice cover. - L .: Gidrometeoizdat, 1967, 272 pp.], That when ice is destroyed, IGV transforms into gravity ones, i.e. broken ice ceases to affect the speed and frequency of waves. Moreover, with a decrease in the size of ice fragments, the wavelength decreases, and the amplitude increases. Therefore, the greater the degree of destruction of ice, the greater the amplitude of the IGW and the trim of the vessel ψ. Obviously, the direction of the propeller thrust force during the differential of the vessel will also rotate by an angle ψ with respect to the horizon. In this case, in the thrust bearing of the screw, along with the horizontal component, the vertical component of the stop will appear. Thus, by the magnitude of the vertical component of the propeller stop, one can judge the degree of ice destruction, and by its maximum increase when implementing the resonant method of ice destruction of the SVP, one can determine the moment of the maximum degree of destruction of the ice cover when the size of the ice fragments becomes minimal.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Судно выводят на ледяной покров и перемещают по нему с резонансной скоростью V_p. После первого прохода СВП в ледяном покрове возникнет область разрушения в виде полосы крупнобитого льда. Затем, например, для создания судоходного канала или для более быстрой очистки акватории ото льда [2], т.е. для измельчения обломков льда, судно неоднократно совершает по полю разрушаемого льда последующие повторные проходы с критической скоростью. После каждого последующего прохода степень разрушения льда в канале будет возрастать, а размеры обломков льда соответственно уменьшаться. Одновременно с этим будет увеличиваться дифферент судна и вертикальная составляющая упора воздушного винта. После того как после очередного прохода вертикальная составляющая упора не увеличится (для ее измерения в упорный подшипник вала винта предварительно устанавливают соответствующий датчик давления), последующие проходы прекращают. Судно при этом совершит минимальное количество проходов, достаточное для достижения максимальной степени разрушения ледяного покрова, т.е. крупнобитый лед превратится в мелкобитый при минимальных энергозатратах.The vessel is led out onto the ice cover and moved along it with a resonant speed V _p . After the first passage of the SVP in the ice cover, a region of destruction will appear in the form of a strip of coarse ice. Then, for example, to create a navigable canal or to more quickly clear the water area of ice [2], i.e. For crushing ice fragments, the vessel repeatedly makes subsequent repeated passes at a critical speed through the field of destructible ice. After each subsequent passage, the degree of destruction of ice in the channel will increase, and the size of the ice fragments will decrease accordingly. At the same time, the trim of the vessel and the vertical component of the propeller stop will increase. After the vertical component of the stop does not increase after the next pass (to measure it, the corresponding pressure sensor is pre-installed in the thrust bearing of the screw shaft), subsequent passes stop. The vessel will make the minimum number of passes, sufficient to achieve the maximum degree of destruction of the ice sheet, i.e. coarse ice will turn into shallow ice with minimal energy consumption.

Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

Судно 1 выводят на лед 2 и перемещают с резонансной скоростью V_p. После первого прохода лед 2 превратится в крупнобитый 3. Затем для измельчения обломков льда 3 судно 1 совершает по льду 3 повторные проходы с критической скоростью V_кр. Размеры обломков льда 3 начнут уменьшаться, а дифферент судна и вертикальная составляющая P₁ упора Р винта 4 начнут возрастать (для измерения Р₁ в упорный подшипник винта 4 предварительно устанавливают датчик давления 5). При достижении максимальной степени разрушения битый лед 3 превратится в мелкобитый 6, дифферент судна ψ и P₁ увеличатся до максимальных значений. После этого дальнейшие проходы судна прекращают. Судно при этом совершит минимальное количество проходов, достаточное для достижения максимальной степени разрушения льда 2.The vessel 1 is displayed on ice 2 and moved with a resonant speed V _p . After the first pass, ice 2 will turn into large-beaten 3. Then, to crush the debris of ice 3, vessel 1 makes repeated passes through ice 3 with a critical speed of V _cr . The size of the fragments of ice 3 will begin to decrease, and the trim of the vessel and the vertical component P _{1 of the} stop P of the screw 4 will begin to increase (to measure P ₁ , a pressure sensor 5 is pre-installed in the thrust bearing of the screw 4). Upon reaching the maximum degree of destruction, broken ice 3 will turn into shallow 6, the trim of the vessel ψ and P ₁ will increase to maximum values. After that, further passages of the vessel are stopped. The vessel will make the minimum number of passes, sufficient to achieve the maximum degree of destruction of ice 2.

Claims (2)

1. Способ разрушения ледяного покрова амфибийным судном на воздушной подушке путем возбуждения резонансных изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове при движении судна по льду с резонансной скоростью, отличающийся тем, что производят неоднократные повторные проходы судна по полю разрушаемого льда, при этом количество проходов ограничивают числом, превышение которого не приводит к увеличению вертикальной составляющей упора воздушного винта судна.1. The method of destruction of the ice sheet by an amphibious hovercraft by excitation of resonant flexural-gravitational waves in the ice sheet when the vessel moves on ice at a resonant speed, characterized in that it makes repeated repeated passes through the field of destructible ice, while the number of passes is limited by the number , exceeding which does not lead to an increase in the vertical component of the propeller stop of the vessel. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, то повторные проходы судна осуществляют с критической скоростью.2. The method according to claim 1, characterized in that the repeated passages of the vessel are carried out at a critical speed.