RU2601543C1 - Method for sheet ice breaking - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to ice-technology, particularly to ice breaking. Method of ice breaking is performed by air-cushion ship during its movement over ice with resonance speed. Note here that after excitation in ice resonance flexural-gravity waves ship within moving behind it with resonance speed first recesses waves is additional periodic reciprocating movement in the direction of its movement with frequency of resonance flexural-gravity waves. Movements provide maximum within waves recesses, i.e. equal to half of their length, a ship when performing movements turned through 90° relative to its initial direction of motion.

EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of ice breaking.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области ледотехники, в частности к средствам разрушения ледяного покрова.The invention relates to the field of ice engineering, in particular to means for breaking the ice sheet.

Из уровня техники известно использование судов на воздушной подушке (СВП) для разрушения ледяного покрова резонансным способом, т.е. путем возбуждения в ледяном покрове резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) при движении судна по льду с резонансной скоростью (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М.: Издательство «Академия Естествознания». 2007. - 355 С. ISBN 987-5-91327-017-7).It is known from the prior art to use hovercraft (SVP) for breaking the ice sheet in a resonant manner, i.e. by excitation in the ice sheet of resonant flexural-gravitational waves (IGW) when the vessel moves on ice with a resonant speed (1. Kozin VM Resonance method of ice cover destruction. Inventions and experiments. - M.: Academy of Natural Sciences Publishing House. 2007 .- 355 S. ISBN 987-5-91327-017-7).

Недостаткам способа является недостаточная амплитуда ИГВ, возбуждаемых при движении СВП.The disadvantages of the method is the insufficient amplitude of the IHV excited by the movement of the SVP.

Сущность изобретения заключается в увеличении амплитуды ИГВ.The invention consists in increasing the amplitude of the IHV.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины ледяного покрова, разрушаемого СВП.The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the thickness of the ice sheet destroyed by the SVP.

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

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке при его движении по льду с резонансной скоростью.Restrictive: a method of destroying the ice cover of an hovercraft when it moves on ice at a resonant speed.

Отличительные: после возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн судну в пределах перемещающейся за ним с резонансной скоростью первой впадины волн сообщают дополнительные периодические возвратно-поступательные перемещения в направлении его движения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом перемещения обеспечивают максимальными в пределах впадины волн, т.е. равными половине их длины, а судно при выполнении перемещений разворачивают на 90° по отношению к направлению его первоначального движения.Distinctive: after resonant bending-gravitational waves are excited in ice, the vessel within the limits of the first trough of the waves moving behind it with the resonant speed of the waves is informed by additional periodic reciprocating movements in the direction of its movement with the frequency of the resonant bending-gravitational waves, while providing maximum movements within the trough waves, i.e. equal to half their length, and the vessel, when moving, is deployed 90 ° with respect to the direction of its initial movement.

Общеизвестно, что, если на волновую (основную) систему подействовать периодическими (дополнительными) возмущениями с ее частотой, то в результате интерференции колебаний произойдет увеличение амплитуды волн основной системы. Таким образом, если после возбуждения системы резонансных ИГВ к ледяному покрову приложить дополнительную периодическую динамическую нагрузку с частотой, равной частоте резонансных ИГВ ω_p, то амплитуда и, соответственно, ледоразрушающая способность ИГВ возрастут.It is well known that if the wave (main) system is affected by periodic (additional) perturbations with its frequency, then as a result of interference of oscillations, the amplitude of the waves of the main system will increase. Thus, if, after the excitation of the system of resonant IHVs, an additional periodic dynamic load is applied to the ice cover with a frequency equal to the frequency of the resonant IHVs ω _p , then the amplitude and, accordingly, the ice-breaking ability of the IHVs will increase.

Значение ω_p можно определить по зависимости (2. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1967. 217 с.)

, где g - ускорение свободного падения; H - глубина водоема; ρ_л, h - плотность и толщина льда; D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины.The value of ω _p can be determined by the dependence (2. Kheisin DE The dynamics of the ice cover. - L.: Gidrometeoizdat. - 1967. 217 p.)

where g is the acceleration of gravity; H is the depth of the reservoir; ρ _l , h - density and thickness of ice; D is the cylindrical stiffness of the ice plate.

Известно, что при увеличении ширины судна B, т.е. уменьшении его удлинения L/B (где L - длинна судна) при неизменных остальных параметрах (водоизмещения, давления в воздушной подушке, мощности силовой установки и др.), волновое сопротивление СВП при его движении на чистой воде возрастает (3. Бенуа Ю.Ю., Дьяченко В.К., Колызаев Б.А. и др. Основы теории судов на воздушной подушке. - Л.: Судостроение, 1971). Из работы [2] следует, что при движении нагрузки по ледяному покрову в последнем возникает система ИГВ, близкая к корабельной, т.е. гравитационным волнам. Это позволяет сделать вывод об общности закономерностей возбуждения волн движущейся нагрузкой как на чистой воде, так и при наличии на ее поверхности флотирующей пластины, а именно: уменьшение удлинения судна (разворот его на 90°) увеличит амплитуду возбуждаемых ИГВ, т.е. их ледоразрушающую способность.It is known that with an increase in the width of the vessel B, i.e. the decrease in its elongation L / B (where L is the length of the vessel) with the remaining parameters unchanged (displacement, pressure in the air cushion, power of the power plant, etc.), the wave resistance of the SVP increases when it moves in clean water (3. Benois Yu.Yu. ., Dyachenko V.K., Kolyzaev B.A. et al. Fundamentals of the theory of hovercraft. - L.: Shipbuilding, 1971). It follows from [2] that when the load moves along the ice cover in the latter, the IGV system arises, which is close to the ship, i.e. gravitational waves. This allows us to conclude that the laws governing the excitation of waves by a moving load both in pure water and in the presence of a floating plate on its surface, are common, namely: a decrease in the vessel elongation (turning it 90 °) will increase the amplitude of the excited IGW, i.e. their ice-breaking ability.

Известно (4. Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом. Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН; ПТУ им. Шолом-Алехейма; АмГПГУ. - 2013, 250 С.), что максимальные деформации (глубина впадины ИГВ), а значит и изгибные напряжения в ледяном покрове, возникают в месте возникновения первой за СВП впадины ИГВ. Поэтому для более эффективного увеличения амплитуды ИГВ дополнительную периодическую нагрузку следует прикладывать именно в этом месте.It is known (4. Kozin V.M., Zemlyak V.L. Physical basis for ice sheet destruction by the resonance method. Komsomolsk-on-Amur: IMiM FEB RAS; PTU named after Sholom-Alekheim; AmGPGU. - 2013, 250 S.), that the maximum deformations (the depth of the IGV depression), and hence the bending stresses in the ice cover, occur at the place of occurrence of the first IGV depression behind the SVP. Therefore, for a more effective increase in the amplitude of IGW, an additional periodic load should be applied in this place.

Очевидно, что характер дополнительной динамической нагрузки может быть самым разнообразным. В нашем случае рациональным может оказаться предлагаемое возвратно-поступательное движение СВП. В этом случае за счет максимального увеличения волнового сопротивления СВП в точках перегиба профиля ИГВ, т.е. возникновения у судна максимального дифферента, и возникновения центробежных сил на подошве ИГВ будут возникать благоприятные условия для увеличения их амплитуды.Obviously, the nature of the additional dynamic load can be very diverse. In our case, the proposed reciprocating motion of the SVP may be rational. In this case, due to the maximum increase in the wave resistance of the SVP at the inflection points of the IGV profile, i.e. the appearance of the maximum trim on the vessel, and the appearance of centrifugal forces on the sole of the IHV, favorable conditions will arise for increasing their amplitude.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

По ледяному покрову начинают перемещать СВП с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то после возбуждения во льду резонансных ИГВ (ИГВ максимальной амплитуды), перемещающихся с резонансной скоростью, судну начинают сообщать дополнительные возвратно-поступательные перемещения. Эти перемещения сообщают в направлении первоначального движения судна максимальными в пределах первой впадины ИГВ, перемещающихся за СВП, т.е. равными половине их длины

[2] и периодически с частотой резонансных ИГВ. Выполнение этих условий обеспечит возбуждение дополнительной системы ИГВ, частота которых будет равна частоте основных резонансных ИГВ ω_p. Волновые системы окажутся когерентными и, вследствие этого способными интерферировать друг с другом, т.е. периодически увеличивать их суммарные амплитуды и, соответственно, ледоразрушающую способность ИГВ.SVPs begin to move along the ice cover at a resonant speed. If the amplitude of the excited IGW turns out to be insufficient to destroy the ice cover, then after excitation in the ice of resonant IGW (IGW of maximum amplitude) moving with resonant speed, additional reciprocating movements begin to inform the vessel. These movements are reported in the direction of the initial movement of the vessel as maximum within the first depression of the IHV moving behind the SVP, i.e. equal to half their length

[2] and periodically with a frequency of resonant IHV. The fulfillment of these conditions will ensure the excitation of an additional system of IGV, the frequency of which will be equal to the frequency of the main resonant IGV ω _p . The wave systems will turn out to be coherent and, as a result, capable of interfering with each other, i.e. periodically increase their total amplitudes and, accordingly, the ice-breaking ability of IGV.

Если и после этого амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судно при помощи винторулевых устройств разворачивают на 90° по отношению к направлению его первоначального движения и повторяют маневрирование по вышеописанной схеме.If even after this the amplitude of the excited IGW turns out to be insufficient to destroy the ice cover, then the vessel using rotorcraft is turned 90 ° in relation to the direction of its initial movement and the maneuvering is repeated according to the above-described scheme.

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

По ледяному покрову 1 начинают перемещать СВП 2 с резонансной скоростью υ_p. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то судну в пределах впадины ИГВ (расстояние AB=λ_p/2), перемещающейся с резонансной скоростью υ_p, сообщают дополнительные возвратно-поступательные перемещения с частотой ω_p, предварительно развернув его на 90°. Это вызовет возбуждение ИГВ 4 за счет возникновения в точках перегиба профиля ИГВ (A и B) максимального волнового сопротивления R_в, а также максимальной центробежной силы R_ц в точке C. В результате интерференции ИГВ 3 и ИГВ 4 амплитуды суммарных волн будут периодически возрастать до ИГВ 5.SVP 2 begin to move along the ice cover 1 with a resonant velocity υ _p . If the amplitude of the excited IGV 3 is insufficient to destroy ice 1, then the vessel within the basin of the IGV (distance AB = λ _p / 2) moving with a resonant speed υ _p is reported with additional reciprocating movements with frequency ω _p , having previously deployed it on 90 °. This will cause the excitation of IGV 4 due to the appearance at the inflection points of the IGV profile (A and B) of the maximum wave resistance R _c , as well as the maximum centrifugal force R _c at point C. As a result of interference of the IGV 3 and IGV 4, the amplitudes of the total waves will periodically increase to IGV 5.

Claims (1)

Способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке при его движении по льду с резонансной скоростью, отличающийся тем, что после возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн судну в пределах перемещающейся за ним с резонансной скоростью первой впадины волн сообщают дополнительные периодические возвратно-поступательные перемещения в направлении его движения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом перемещения обеспечивают максимальными в пределах впадины волн, т.е. равными половине их длины, а судно при выполнении перемещений разворачивают на 90° по отношению к направлению его первоначального движения. A method of destroying the ice cover of an air-cushion vessel while it is moving on ice at a resonant speed, characterized in that after excitation of resonant flexural-gravitational waves in the ice, additional periodic reciprocating movements are reported to the vessel within the limits of the first wave depression moving behind it at the resonant speed the direction of its movement with the frequency of the resonant flexural-gravitational waves, while the displacements provide maximum within the trough of the waves, i.e. equal to half their length, and the vessel, when moving, is deployed 90 ° with respect to the direction of its initial movement.

Images