RU2553516C2 - Destruction of ice cover - Google Patents

Destruction of ice cover Download PDF

Info

Publication number
RU2553516C2
RU2553516C2 RU2013126643/11A RU2013126643A RU2553516C2 RU 2553516 C2 RU2553516 C2 RU 2553516C2 RU 2013126643/11 A RU2013126643/11 A RU 2013126643/11A RU 2013126643 A RU2013126643 A RU 2013126643A RU 2553516 C2 RU2553516 C2 RU 2553516C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ice
vessel
icebreaker
laser
lines
Prior art date
Application number
RU2013126643/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013126643A (en
Inventor
Лев Михайлович Клячко
Дмитрий Анатольевич Базлев
Борис Иванович Пустовит
Юрий Яковлевич Апарин
Юрий Владимирович Сорокин
Анна Аркадьевна Соловьян
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2013126643/11A priority Critical patent/RU2553516C2/en
Publication of RU2013126643A publication Critical patent/RU2013126643A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2553516C2 publication Critical patent/RU2553516C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to ice destruction for making passages in ice fields. Proposed process is based on two effects to be brought on ice fields: irradiation with high-power laser radiation and straining of ice by ice breaker hull. Laser units are installed at ice breaker with their focusing devices are directed downward, onto ice cover. To make the cutouts in ice field it is irradiated starting from the field edge and proceeded in lines parallel with ice breaker heading. The destruction of ice cover is performed in said lines of cutouts at strain developed by ice breaker hull in motion.
EFFECT: accelerated process, lower strain at ice breaker hull.
2 cl, 8 dwg

Description

1. Область техники 1. The technical field

Изобретение относится к способам разрушения ледяного покрова для вскрытия прохода через ледовое поле, к судовому оборудованию и к ледоколу для осуществления способа.The invention relates to methods for destroying ice cover to open a passage through an ice field, to ship equipment and to an icebreaker for implementing the method.

2. Уровень техники2. The level of technology

Известен способ разрушения ледяного покрова с помощью устройств по патенту №RU 2245275 В63В 35/08, в котором используется лазерная установка, расположенная на днище судна с воздушной подушкой для нанесения поперечных направлению движения судна насечек на льду для создания светогидравлического удара на лед и разрушения его резонансным методом. Достигается повышение эффективности разрушения льда.There is a method of destroying the ice cover using the devices of patent No. RU 2245275 B63B 35/08, which uses a laser system located on the bottom of the vessel with an air cushion for applying notches transverse to the direction of the vessel’s movement on the ice to create a light-hydraulic impact on the ice and to destroy it by resonance method. EFFECT: increasing the destruction efficiency of ice.

Недостатком является применимость способа только для судна на воздушной подушке и необходимость создания изгибно-гравитационной волны.The disadvantage is the applicability of the method only for a hovercraft and the need to create a bending-gravitational wave.

Известен также способ разрушения льда резонансным методом с передачей энергии лазерного излучения в подледный слой (В.В. Богородский, В.П. Гаврило, О.А Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983).There is also a method of ice destruction by the resonance method with the transfer of laser radiation energy into the ice layer (VV Bogorodsky, VP Gavrilo, O.A. Nedoshivin. Ice destruction. Methods, technical means. L .: Gidrometeoizdat, 1983).

Недостатком является ограничение применения метода только в тонком слое льда при наличии резонансной волны.The disadvantage is the restriction of the application of the method only in a thin layer of ice in the presence of a resonant wave.

Известно использование лазерного излучения для раскалывания льда на поверхностях самолетов - патент США №4900891, НКИ 219/121.6, 1990 г. и патент США №5823474, НКИ 244/134Е, 1998 г. В известных патентах - США№6206325, НКИ 244/134Е, 2001 г. и Канады №2222881, МКИ H02G 7/16, 1998 г. с этой целью используют лазерное излучение с длиной волны в диапазоне 10-11 мкм, соответствующем области поглощения излучения льдом, и происходит скалывание льда.It is known to use laser radiation to crack ice on aircraft surfaces - US patent No. 4900891, NKI 219 / 121.6, 1990 and US patent No. 5823474, NKI 244 / 134E, 1998. In known patents - US No. 6206325, NKI 244 / 134E , 2001 and Canada No. 2222881, MKI H02G 7/16, 1998 for this purpose use laser radiation with a wavelength in the range of 10-11 μm, corresponding to the absorption region of radiation by ice, and ice chipping occurs.

Недостатком является использование на самолетных поверхностях и локальное действие на тонкие слои, что не позволяет проводить разрушение льда на больших массивах.The disadvantage is the use on aircraft surfaces and local action on thin layers, which does not allow the destruction of ice on large massifs.

Известен способ разрушения ледяного покрова по патенту №KR 20090094924 (А) «ICE BREAKER WITH A HIGH POWER LASER» от 09.09.2009, B63B 35/08, в котором для разрушения льда используется расположенный на носу ледокола лазер высокой мощности, дробящий лед, делая трещины во льду при облучении льда лазерным лучом, тем самым уменьшая воздействие на носовую часть и повышая скорость движения ледокола.A known method of ice cover destruction according to patent No. KR 20090094924 (A) "ICE BREAKER WITH A HIGH POWER LASER" dated 09.09.2009, B63B 35/08, in which an ice-breaking high power laser located on the nose of the icebreaker is used to break the ice, making cracks in ice when the laser beam irradiates ice, thereby reducing the impact on the bow and increasing the speed of the icebreaker.

Недостаток известного технического решения состоит в том, что с его помощью невозможно обеспечивать ледоколом широкие каналы для проводки крупногабаритных судов и разрушать толстые массивные ледяные поля.A disadvantage of the known technical solution is that with its help it is impossible to provide an icebreaker with wide channels for piloting large-sized vessels and destroy thick massive ice fields.

Известен «Способ разрушения ледяного покрова» по патенту №2463200 RU от 15.04.2011 г., в котором используется облучение ледяного покрова мощным лазерным излучением по линиям концентрации напряжения, создаваемым ледоколом, наезжающим на целое ледяное поле. Данный способ предусматривает такие операции, как нагружение ледяного покрова наезжающим корпусом ледокола, определение линий концентрации напряжений в ледяном покрове, фокусировку лазерного излучения на линиях концентрации напряжений, испарение сфокусированным лазерным излучением льда на этих линиях, испарение льда на глубину, раскалывание ледяного покрова.The well-known "Method of destruction of the ice cover" according to patent No. 2463200 RU dated 04.15.2011, which uses irradiation of the ice cover with powerful laser radiation along the voltage concentration lines created by an icebreaker running over a whole ice field. This method involves operations such as loading the ice cover with a rolling icebreaker body, determining stress concentration lines in the ice cover, focusing the laser radiation on the stress concentration lines, evaporating the ice with focused laser radiation on these lines, evaporating the ice to a depth, and breaking the ice cover.

«Способ разрушения ледяного покрова» по патенту №2463200 RU от 15.04.2011 г. принят в качестве прототипа как способ, наиболее близкий по своей технической сущности к сущности предлагаемого изобретения."Method of ice cover destruction" according to patent No. 2463200 RU of 04.15.2011 was adopted as a prototype as a method closest in its technical essence to the essence of the invention.

Недостатком данного способа разрушения ледяного покрова является:The disadvantage of this method of destruction of the ice cover is:

- необходимость создания специального оборудования для реализации операций непрерывного определения линии концентрации напряжения в ледяном покрове, непрерывного наведения лазерного луча на эти линии и сканирования сфокусированного лазерного излучения вдоль этих линий,- the need to create special equipment for the implementation of operations to continuously determine the line of stress concentration in the ice sheet, to continuously direct the laser beam to these lines and to scan focused laser radiation along these lines,

- большая длина линий концентрации напряжения, превосходящая длину пути ледокола, вследствие чего сканирование этих линий лучом лазера должно осуществляться со скоростью, значительно превосходящей скорость движения ледокола, что при фиксированной мощности лазера ведет к снижению линейной плотности распределения энергии лазерного излучения вдоль линии сканирования.- a large length of stress concentration lines that exceeds the icebreaker path length, as a result of which the scanning of these lines by a laser beam should be carried out at a speed significantly exceeding the speed of the icebreaker, which at a fixed laser power leads to a decrease in the linear density of the laser radiation energy distribution along the scan line.

3. Раскрытие изобретения3. Disclosure of invention

Целью предлагаемого изобретения является сокращение состава операций воздействия мощного лазерного излучения на ледяной покров для снижения ледовой нагрузки на корпус ледокола при его движении в сплошном ледовом поле и формирование канала для проводки судов, а также повышение линейной плотности распределения энергии лазерного излучения вдоль линии облучения ледяного покрова, за счет сокращения длины этих линий и скорости перемещения по ним до длины пути, пройденного ледоколом, и скорости его движения соответственно.The aim of the invention is to reduce the scope of operations of the action of high-power laser radiation on the ice sheet to reduce the ice load on the icebreaker body when it moves in a continuous ice field and the formation of a channel for piloting, as well as increasing the linear density of the laser energy distribution along the ice line irradiation line, by reducing the length of these lines and the speed of movement along them to the length of the path traveled by the icebreaker, and its speed, respectively.

Данная цель достигается путем изменения последовательности операций воздействия на ледовый покров механической нагрузки наезжающего на лед ледокола и энергии мощного лазерного излучения.This goal is achieved by changing the sequence of operations affecting the ice cover of the mechanical load of the icebreaker running onto the ice and the energy of powerful laser radiation.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в отличие от прототипа в данном способе на ледяной покров вначале воздействуют лазерным излучением, а потом нагружают его механической нагрузкой наезжающего ледокола.The essence of the invention lies in the fact that, in contrast to the prototype in this method, the ice cover is first exposed to laser radiation, and then it is loaded with the mechanical load of a colliding icebreaker.

Причем на ледоколе размещают (фиг. 1) три лазерные установки, фокусирующие устройства которых ориентированы на ледяной покров вниз. Причем, одно устройство располагают в диаметральной плоскости перед носом ледокола, второе и третье - симметрично диаметральной плоскости ледокола на расстоянии 1,3 толщины льда от ватерлинии ледокола в наиболее широкой его части и на линии, проходящей перпендикулярно диаметральной плоскости между носом ледокола и его форштевнем.Moreover, three laser systems are placed on the icebreaker (Fig. 1), the focusing devices of which are oriented downward on the ice sheet. Moreover, one device is placed in the diametrical plane in front of the icebreaker’s nose, the second and third are symmetrically to the icebreaker’s diametrical plane at a distance of 1.3 times the ice thickness from the icebreaker’s waterline in its widest part and on the line perpendicular to the diametrical plane between the icebreaker’s nose and its stem.

Причем линейную плотность распределения энергии лазерного излучения вдоль линии облучения ледяного покрова регулируют скоростью движения судна.Moreover, the linear density of energy distribution of laser radiation along the line of irradiation of the ice sheet is regulated by the speed of the vessel.

Причем скорость движения судна выбирают в зависимости от толщины ледяного покрова.Moreover, the speed of the vessel is selected depending on the thickness of the ice cover.

Причем движение ледокола начинают по чистой воде, перемещая при этом лазерные лучи по трем параллельным линиям с выбранной скоростьюдвижения судна и параллельно направлению движения судна, а не по линиям концентрации напряжения.Moreover, the movement of the icebreaker begins in clean water, while moving the laser beams along three parallel lines with a selected speed of the vessel and parallel to the direction of movement of the vessel, and not along the lines of stress concentration.

Причем воздействуют лазерным излучением на кромку ледяного покрова и по мере движения судна испаряют лед по линиям, параллельным направлению движения ледокола на глубину раскалывания.Moreover, they act with laser radiation on the edge of the ice sheet and, as the vessel moves, the ice evaporates along lines parallel to the direction of movement of the icebreaker to the depth of splitting.

Причем нагружают ледяной покров наезжающим на его кромку ледоколом и раскалывают ледовое поле по линиям надрезов, образуя канал, ширина которого превосходит максимальную ширину ледокола на 2,6 толщины льда.Moreover, the ice cover is loaded with an icebreaker running over its edge and the ice field is split along the notch lines, forming a channel the width of which exceeds the icebreaker’s maximum width by 2.6 thicknesses of ice.

Технический результат заключается в сокращении числа операций и состава оборудования, необходимых для реализации способа, в сокращении длины линий облучения и скорости перемещения лазерного луча по этим линиям до скорости движения ледокола, в повышении за счет этого линейной плотности распределения энергии лазерного излучения вдоль линии облучения ледяного покрова, в снижении ледовой нагрузки на корпус судна, в формировании канала для проводки судов правильной формы, ширина которого превосходит максимальную ширину ледокола на 2,6 толщины льда.The technical result consists in reducing the number of operations and equipment needed to implement the method, in reducing the length of the irradiation lines and the speed of the laser beam along these lines to the speed of the icebreaker, thereby increasing the linear density of the laser energy distribution along the ice line irradiation line , in reducing the ice load on the ship's hull, in the formation of a channel for guiding vessels of the correct form, the width of which exceeds the maximum width of the icebreaker by 2.6 tons ins ice.

4. Чертежи4. Drawings

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется схемами и фотографиями экспериментов по отработке технологий разрушения льда, представленными на фиг. 1-8.The proposed technical solution is illustrated by diagrams and photographs of experiments on the development of ice destruction technologies shown in FIG. 1-8.

На фиг. 1 показана «Схема расположения лазерных установок на судне и взаимодействия системы «Лазерные установки - ледокол» с ледяным полем». Данная схема на фиг. 1 раскрывает основные принципы размещения фокусирующих устройств лазерных установок на судне и последовательность операций взаимодействия с ледяным полем системы «Лазерные установки - ледокол». In FIG. Figure 1 shows the "Layout of the laser installations on the ship and the interaction of the Laser Installations - Icebreaker" system with the ice field. " This circuit in FIG. 1 discloses the basic principles for placing the focusing devices of laser systems on a ship and the sequence of operations with the ice field of the Laser Systems - Icebreaker system.

На фиг. 1 отмечены следующие позиции:In FIG. 1 marked the following items:

- позиции 1, 2, 3 - фокусирующие устройства лазерных установок,- positions 1, 2, 3 - focusing devices of laser systems,

- позиции 4, 5, 6 - линии облучения (линии надрезов) ледяного покрова,- positions 4, 5, 6 - irradiation lines (cut lines) of the ice sheet,

- позиция 7 - луч лазера установки №1,- position 7 - laser beam installation No. 1,

- позиция 8 - лучи лазера установок №2, 3,- position 8 - laser beams of installations No. 2, 3,

- позиция 9 - центральный надрез ледяного поля,- position 9 - the central cut of the ice field,

- позиция 10 - боковые надрезы ледяного поля,- position 10 - side cuts of the ice field,

- позиция 11 - кромка ледяного поля,- position 11 - the edge of the ice field,

- позиция 12 - ледокол,- position 12 - icebreaker,

- позиция 13 - диаметральная плоскость судна,- position 13 - the diametrical plane of the vessel,

- позиция 14 - ватерлиния судна,- position 14 - waterline of the vessel,

- позиция 15 - направление движения ледокола со скоростью V,- position 15 - the direction of movement of the icebreaker at a speed V,

- позиция 16 - ледяное поле.- position 16 - ice field.

Фотографии, представленные на фиг. 2 и 4, демонстрируют отдельные эксперименты по резке крупногабаритных массивов льда лучом лазера, в ходе которых впервые подтверждена принципиальная возможность резания мощным лазерным излучением толстого массива льда.The photographs shown in FIG. 2 and 4, demonstrate separate experiments on cutting large ice masses with a laser beam, during which the fundamental possibility of cutting thick ice masses with powerful laser radiation was confirmed for the first time.

На фиг. 2 представлены фотографии, иллюстрирующие «Воздействие излучения лазера мощностью 30 кВт на крупногабаритный массив льда размеров 1000×500.500 мм3».In FIG. 2 presents photographs illustrating “The effect of laser radiation with a power of 30 kW on a large-sized ice massif of sizes 1000 × 500.500 mm 3 ”.

На фиг. 3 представлена «Схема эксперимента по резке массива льда 1000×500.500 мм3 излучением лазера мощностью 30 кВт, λл = 1,07 мкм, F = 550 мм, ω0 = 25 мкм», которая показывает кинематику взаимодействия луча лазера с массивом льда при проведении натурных экспериментов по резке льда мощным лазерным излучением.In FIG. Figure 3 presents the "Design of an experiment for cutting an ice array of 1000 × 500.500 mm 3 by laser radiation with a power of 30 kW, λl = 1.07 μm, F = 550 mm, ω 0 = 25 μm", which shows the kinematics of the interaction of a laser beam with an ice array during full-scale experiments on cutting ice with high-power laser radiation.

На фиг. 4 представлены фотографии, иллюстрирующие «Резку куба льда 500×500×500 мм3: а) луч лазера в вертикальной плоскости к поверхности льда, б) завершающая фаза процесса резания».In FIG. 4 are photographs illustrating “Cutting an ice cube 500 × 500 × 500 mm 3 : a) a laser beam in a vertical plane to the ice surface, b) the final phase of the cutting process”.

Фотографии на фиг. 5-8 показывают наиболее характерные эпизоды модельных экспериментов по оценке влияния различных способов надреза ледяного поля на величину ледовой нагрузки на корпус ледокола.The photographs in FIG. 5-8 show the most typical episodes of model experiments on assessing the effect of various methods of notching an ice field on the magnitude of the ice load on the icebreaker hull.

На фиг. 5 представлено «Моделирование надрезов ледяного покрова на всю его толщину (1,5 м) по трем линиям, параллельным курсу движения судна».In FIG. Figure 5 presents “Modeling of notches of the ice cover over its entire thickness (1.5 m) along three lines parallel to the course of the vessel”.

На фиг. 6 представлена «Форма канала при отсутствии надрезов».In FIG. Figure 6 shows the “channel shape in the absence of incisions”.

На фиг. 7 представлена «Форма канала при наличии боковых надрезов».In FIG. 7 presents the "channel Shape in the presence of lateral incisions."

На фиг. 8 также представлена «Форма канала при наличии боковых надрезов».In FIG. 8 also presents "Channel shape in the presence of lateral incisions."

5. Осуществление изобретения5. The implementation of the invention

Основу применения лазерного излучения для разрушения льда составляет механизм теплового поглощения лазерного излучения в диапазоне спектра поглощения льда (Богородский В.В., Гаврило В.П., Недошивин О.А. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983). При фокусировании излучения с плотностью 15-20 кВт/см2 происходит плавление льда и испарение образовавшейся воды, осуществляется мгновенный фазовый переход лед-вода-пар. Скорость испарения достигает значения 1 мм в 0,01 с. (Квантовая Электроника, 1994, Т. 21, №2, С. 137-141). Воздействие излучения СО2 - лазера на крупные капли ортофосфорной кислоты, воды и ледяные кристаллы сферической формы. В.К. Рудаш). Таким образом, в течение секунды образуется отверстие глубиной до 10 см. При дальнейшем облучении струя пара расширяет входное отверстие во льду.The basis of the use of laser radiation for ice destruction is the mechanism of thermal absorption of laser radiation in the range of the absorption spectrum of ice (Bogorodsky V.V., Gavrilo V.P., Nedoshivin O.A. Ice destruction. Methods, technical tools. L .: Gidrometeoizdat, 1983 ) When focusing radiation with a density of 15-20 kW / cm 2 , ice melts and evaporates the water formed, and an instant ice-water-vapor phase transition occurs. The evaporation rate reaches 1 mm in 0.01 s. (Quantum Electronics, 1994, T. 21, No. 2, S. 137-141). The effect of CO 2 laser radiation on large drops of phosphoric acid, water, and spherical ice crystals. VK. Rudash). Thus, a hole up to 10 cm deep is formed within a second. With further irradiation, a steam jet expands the inlet in the ice.

ОАО «ЦНИИ «Курс» совместно с ОАО «НЦЛСК «Астрофизика» провели исследования (ОАО «ЦНИИ «Курс», научно-технический отчет «Разработка технологий снижения ледовых нагрузок на работающие на континентальном шельфе инженерные сооружения на основе применения мощных лазеров», номер отраслевой регистрации №100862 от 27.05.2013 г.) воздействия непрерывного лазерного излучения (λ=1,07 мкм) оптоволоконного лазера мощностью 30 кВт с оптической системой, обеспечивающей фокусное расстояние 550 мм и диаметр луча в фокусе 250 мкм, на крупногабаритные (1000×500×500 мм3) массивы льда (фиг. 2).TsNII Kurs OJSC together with Astrophysics NTsLSK OJSC conducted research (TsNII Kurs OJSC, scientific and technical report “Development of technologies to reduce ice loads on engineering structures operating on the continental shelf using high-power lasers”, industry number registration No. 100862 dated 05/27/2013) the effects of continuous laser radiation (λ = 1.07 μm) of a 30 kW optical fiber laser with an optical system providing a focal length of 550 mm and a beam diameter in focus of 250 μm on large (1000 × 500 × 500 mm 3 ) m ice assists (Fig. 2).

Эксперименты показали, что воздействие мощного лазерного излучения на ледовый покров не приводит к образованию трещин и раскалыванию льда.The experiments showed that the effect of powerful laser radiation on the ice cover does not lead to the formation of cracks and cracking of ice.

При воздействии неподвижного луча лазера на поверхность льда образуется каверна, входной диаметр которой в два раза превосходит ее глубину. При этом время сквозного "прожига" на глубину 500 мм исчисляется десятками секунд.When a stationary laser beam acts on the ice surface, a cavity forms, the input diameter of which is twice its depth. In this case, the time of through "burning" to a depth of 500 mm is calculated in tens of seconds.

При ориентации лазерного луча вниз к поверхности льда и движении луча, начиная с боковой поверхности ледяного массива, происходит испарение льда вдоль луча, формируется прорезь (фиг. 3) на всю толщину ледяного массива (фиг. 4а) и его разрушение под действием собственного веса (фиг. 4б).When the laser beam is oriented downward to the ice surface and the beam moves, starting from the lateral surface of the ice mass, ice evaporates along the beam, a slit is formed (Fig. 3) over the entire thickness of the ice mass (Fig. 4a) and its destruction under the influence of its own weight ( Fig. 4b).

В ходе этих экспериментов впервые подтверждена принципиальная способность мощных лазеров резать лед толщиной не менее 1 м.In the course of these experiments, the fundamental ability of high-power lasers to cut ice with a thickness of at least 1 m was first confirmed.

Толщина разрезаемого льда определяется линейной плотностью распределения энергии излучения вдоль линии движения луча лазера по облучаемой поверхности льда и нелинейно связана с характеристиками фокусирующей системы лазера. Величина линейной плотности распределения энергии линейно зависит от мощности лазера и обратно пропорциональна скорости перемещения лазерного луча по облучаемой поверхности.The thickness of the ice being cut is determined by the linear density of the radiation energy distribution along the line of the laser beam along the irradiated ice surface and is nonlinearly related to the characteristics of the laser focusing system. The value of the linear energy distribution density linearly depends on the laser power and is inversely proportional to the speed of movement of the laser beam along the irradiated surface.

Результаты выполненных исследований обусловливают необходимый порядок воздействия на ледовый покров различных нагрузок: сначала на боковую поверхность кромки ледового поля воздействуют сфокусированным вниз лазерным излучением, а потом нагружают надрезанное ледовое поле механической нагрузкой наезжающего ледокола.The results of the studies determine the necessary order of exposure of the ice to various loads: first, the laser edge is focused on the lateral surface of the ice field edge, and then the incised ice field is loaded with the mechanical load of the incoming icebreaker.

Известно, что увеличение давления на ледяную пластину приводит к увеличению амплитуды ее прогиба, а изменение температуры и толщины льда приводит к предельным прогибам и к ломке льда (Хейсин Д.Е., Динамика ледяного покрова. П.: Гидрометеоиздат, 1967, 216 с.).It is known that an increase in pressure on an ice plate leads to an increase in the amplitude of its deflection, and a change in temperature and thickness of ice leads to extreme deflections and to breaking of ice (Kheisin D.E., Dynamics of the ice cover. P .: Gidrometeoizdat, 1967, 216 p. )

Исследования, выполненные ОАО «ЦНИИ «Курс» совместно с ФГУП «Крыловский государственный научный центр» (ОАО «ЦНИИ «Курс», научно-технический отчет «Разработка технологий снижения ледовых нагрузок на работающие на континентальном шельфе инженерные сооружения на основе применения мощных лазеров», номер отраслевой регистрации №100862 от 27.05.2013 г.), показали, что предварительныйнадрез ледового поля на всю его толщину (1,5 м в пересчете на натуру) впереди по курсу ледокола по трем линиям (фиг. 5), две из которых расположены в носовой части ледокола с левого и правого бортов на расстоянии 1-1,3 толщины ледового покрова в наиболее широкой части корпуса ледокола на уровне ватерлинии, а одна впереди по курсу ледокола снижают ледовую нагрузку на его корпус от 33% до 40% во всем диапазоне исследованных скоростей движения(1-3 узла).Research carried out by TsNII Kurs OJSC together with the Federal State Unitary Enterprise Krylovskiy State Scientific Center (TsNII Kurs OJSC, scientific and technical report “Development of technologies to reduce ice loads on engineering structures operating on the continental shelf using high-power lasers”, industry registration number No. 100862 of 05/27/2013), showed that the preliminary incision of the ice field to its entire thickness (1.5 m in terms of nature) is ahead of the icebreaker in three lines (Fig. 5), two of which are located in the bow of the icebreaker from the left and right sides at a distance of 1-1.3 ice sheet thickness in the widest part of the icebreaker’s hull at the waterline level, and one in front of the icebreaker heading reduces the ice load on its hull from 33% to 40% in the entire range of investigated speeds ( 1-3 knots).

При этом, формируемый канал имеет, в отличие от обычного (фиг. 6.), правильную форму (фиг. 7 и 8), а его ширина превосходит максимальную ширину ледокола.At the same time, the formed channel has, in contrast to the usual one (Fig. 6.), the correct shape (Figs. 7 and 8), and its width exceeds the maximum width of the icebreaker.

Практическая реализация способа происходит следующим образом.The practical implementation of the method is as follows.

В зависимости от класса судна осуществляют подбор необходимой мощности лазерных установок и параметров фокусирующей системы.Depending on the class of the vessel, the necessary laser power and the parameters of the focusing system are selected.

В зависимости от формы носовой оконечности судна определяют положение фокусирующих устройств 1-3 лазерных установок (фиг. 1) относительно носа ледокола и размещают их на ледоколе 12. Устройство 1 располагают перед носом судна, устройство 2 и 3 - по левому и правому борту симметрично диаметральной плоскости 13 ледокола 12.Depending on the shape of the bow of the vessel, the position of the focusing devices 1-3 of the laser systems (Fig. 1) relative to the bow of the icebreaker is determined and placed on the icebreaker 12. Device 1 is placed in front of the bow of the ship, device 2 and 3 are symmetrically diametrically on the port side and starboard side plane 13 of the icebreaker 12.

В зависимости от толщины ледового покрова 16 устанавливают расстояние между боковыми фокусирующими устройствами 2, 3 лазерных установок и диаметральной плоскостью 13, таким образом, чтобы эти устройства лазерных установок находились на расстоянии 1,3 толщины ледяного покрова от ватерлинии 14 в наиболее широкой части корпуса ледокола 12.Depending on the thickness of the ice sheet 16, a distance is established between the lateral focusing devices 2, 3 of the laser systems and the diametrical plane 13, so that these devices of the laser systems are located at a distance of 1.3 thickness of the ice sheet from the water line 14 in the widest part of the icebreaker body 12 .

Ориентируют фокусирующие устройства 1-3 лазерных установок, направляя центральный 7 и боковые 8 лазерные лучи вниз.Focusing devices of 1-3 laser systems are oriented, directing the central 7 and lateral 8 laser beams down.

В зависимости от толщины ледового покрова 16 и с учетом характеристик лазерных установок назначают скорость 15 движения судна12, определяя, таким образом, линейную плотность распределения энергии лазерного излучения вдоль линии сканирования лучом лазера.Depending on the thickness of the ice sheet 16 and taking into account the characteristics of the laser systems, the speed 15 of the vessel 12 is assigned, thus determining the linear distribution density of the laser radiation energy along the scan line of the laser beam.

Включают лазерные установки.Turn on laser systems.

Начинают движение ледокола 12 в сторону ледяного поля 12, одновременно перемещая фокусирующие устройства 1 -3 лазерных установок и лазерные лучи 7, 8 по направлению и со скоростью движения 15 ледокола 12. При этом не требуется выполнение операций определения линий концентрации напряжения, наведения на эти линии лазерного луча и сканирования лазером этих линий и создание специального оборудования для их осуществления. При этом длина линий 4, 5, 6, облучаемых лазером, минимальна и совпадает с длиной пути ледокола, а скорость сканирования (скорость перемещения луча лазера) совпадает со скоростью движения судна.The icebreaker 12 begins to move toward the ice field 12, while moving the focusing devices 1-3 of the laser systems and the laser beams 7, 8 in the direction and with the speed of movement 15 of the icebreaker 12. In this case, it is not necessary to carry out the operations of determining the concentration lines of voltage, pointing to these lines laser beam and laser scanning of these lines and the creation of special equipment for their implementation. In this case, the length of lines 4, 5, 6 irradiated by the laser is minimal and coincides with the path length of the icebreaker, and the scanning speed (the speed of the laser beam) coincides with the speed of the vessel.

Воздействуют лазерным излучением на ледяное поле 16, начиная с его кромки 11, по линиям 4-6, параллельным направлению движения 15 судна 12, сначала излучением центрального устройства 1, а по мере приближения ледокола 12 к кромке ледяного поля 11 - излучением 8 двух боковых фокусирующих устройств 2, 3.Laser radiation is applied on the ice field 16, starting from its edge 11, along lines 4-6 parallel to the direction of movement 15 of the vessel 12, first by radiation from the central device 1, and as icebreaker 12 approaches the edge of the ice field 11 by radiation 8 of two lateral focusing devices 2, 3.

Испаряют лед и создают надрезы 9 (сечение А-А) и 10 (сечение Б-Б) в ледяном поле 16 вдоль линий 4, 5 и 6 на глубину раскалывания впереди по курсу движения ледокола.The ice is evaporated and cuts 9 (section A-A) and 10 (section B-B) are made in the ice field 16 along lines 4, 5 and 6 to the depth of splitting in front of the icebreaker.

Ледокол 12, приближаясь к кромке 11 надрезанного поля 16, наезжает на нее и создает механическую нагрузку, под воздействием которой при достижении предела прочности происходит разрушение ледяного покрова 16 в истончившемся слое вдоль линий 4-6 надрезов 9 и 10, формируется канал шириной более ширины ледокола.The icebreaker 12, approaching the edge 11 of the notched field 16, runs into it and creates a mechanical load, under the influence of which, when the ultimate strength is reached, the ice cover 16 is destroyed in the thinned layer along the lines 4-6 of incisions 9 and 10, a channel is formed that is wider than the width of the icebreaker .

Достигаемый при реализации предлагаемого изобретения технический результат заключается в сокращении числа операций и состава оборудования, необходимых для реализации способа, в сокращении длины линий облучения и скорости лазера по этим линиям до скорости движения ледокола, в повышении за счет этого линейной плотности распределенияэнергии лазерного излучения вдоль линии облучения ледяного покрова, в снижении ледовой нагрузки на корпус судна, в формировании канала для проводки судов правильной формы, ширина которого превосходит максимальную ширину ледокола.The technical result achieved by the implementation of the present invention consists in reducing the number of operations and equipment necessary for implementing the method, in reducing the length of the irradiation lines and the laser speed along these lines to the speed of the icebreaker, and thereby increasing the linear distribution density of laser radiation energy along the irradiation line ice cover, in reducing the ice load on the ship's hull, in the formation of a channel for guiding vessels of the correct shape, the width of which exceeds max mal width of the icebreaker.

Предложенный способ разрушения ледяного покрова имеет большое народнохозяйственное и оборонное значение. Данное изобретение направлено на решение одной из актуальных проблем освоения углеводородных месторождений на арктическом шельфе - снижению ледовых нагрузок на суда и инженерные сооружения, работающие в условиях Арктики.The proposed method of ice cover destruction is of great economic and defense importance. This invention is aimed at solving one of the urgent problems of the development of hydrocarbon deposits on the Arctic shelf - reducing ice loads on ships and engineering structures operating in the Arctic.

Предложенное техническое решение может быть также применено для снижения ледовых нагрузок на опоры добычных комплексов различных типов, работающих в условиях арктического шельфа и замерзающих морей.The proposed technical solution can also be applied to reduce ice loads on the supports of mining complexes of various types operating in the Arctic shelf and freezing seas.

ЛитератураLiterature

1. Богородский В.В., Гаврило В.П., Недошивин О.А. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат.- 1983. - 232 с.1. Bogorodsky V.V., Gavrilo V.P., Nedoshivin O.A. The destruction of ice. Methods, technical means. L .: Gidrometeoizdat. - 1983. - 232 p.

2. Квантовая Электроника, 1994, Том 21, №2, с. 137-141. Воздействие излучения СО2 - лазера на крупные капли ортофосфорной кислоты, воды и ледяные кристаллы сферической формы. В.К. Рудаш.2. Quantum Electronics, 1994, Volume 21, No. 2, p. 137-141. The effect of CO 2 laser radiation on large drops of phosphoric acid, water, and spherical ice crystals. VK. Rudash.

3. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. П.: Гидрометеоиздат, 1967, 216 с.3. Heysin D.E. Dynamics of ice cover. P .: Gidrometeoizdat, 1967, 216 p.

4. ОАО «ЦНИИ «Курс», Научно-технический отчет «Разработка технологий снижения ледовых нагрузок на работающие на континентальном шельфе инженерные сооружения на основе применения мощных лазеров», номер отраслевой регистрации №100862 от 27.05.2013 г.4. JSC CRI Kurs, Scientific and Technical Report "Development of Technologies for Reducing Ice Load on Engineering Structures Operating on the Continental Shelf Based on the Use of Powerful Lasers", Industry Registration Number No. 100862 of 05/27/2013

Claims (2)

1. Способ разрушения ледяного покрова, основанный на воздействии на ледяной покров мощного лазерного излучения и нагружении ледоколом ледяного покрова, отличающийся тем, что на ледоколе размещают три лазерные установки, фокусирующее устройство одной установки располагают в диаметральной плоскости перед носом судна, второй и третьей - по левому и правому борту, симметрично диаметральной плоскости ледокола на расстоянии 1,3 толщины льда от ватерлинии судна в наиболее широкой его части, в зависимости от толщины ледового покрова и с учетом характеристик лазерных установок выбирают скорость движения судна, включают лазерные установки и начинают движение судна по чистой воде, перемещая лазерные лучи по трем параллельным линиям со скоростью движения и параллельно направлению движения судна, воздействуют лазерным излучением на кромку ледяного покрова и по мере движения судна вперед испаряют лед вдоль этих линий на глубину раскалывания, нагружают надрезанный ледяной покров наезжающим на его кромку судном и разрушают ледяное поле по линиям надрезов, образуя канал, ширина которого больше ширины судна на 2,6 толщины льда.1. The method of destruction of the ice cover, based on the impact on the ice sheet of powerful laser radiation and loading the icebreaker with ice cover, characterized in that three laser systems are placed on the icebreaker, the focusing device of one installation is placed in the diametrical plane in front of the bow of the vessel, the second and third - port and starboard, symmetrically to the diametrical plane of the icebreaker at a distance of 1.3 ice thickness from the waterline of the vessel in its widest part, depending on the thickness of the ice cover and taking into account x The characteristics of the laser systems select the speed of the vessel, turn on the laser systems and start the movement of the vessel in clean water, moving the laser beams along three parallel lines with the speed of movement and parallel to the direction of movement of the vessel, affect the edge of the ice with laser radiation and evaporate the ice as the vessel moves forward along these lines to the depth of splitting, the notched ice cover is loaded by a ship approaching its edge and the ice field is destroyed along the notch lines, forming a channel whose width th vessel greater width at 2.6 of ice thickness. 2. Способ разрушения ледяного покрова по п. 1, отличающийся тем, что линейную плотность распределения энергии лазерного излучения вдоль линии облучения ледяного покрова регулируют скоростью движения судна. 2. The method of ice cover destruction according to claim 1, characterized in that the linear density of the laser energy distribution along the ice line irradiation is controlled by the speed of the vessel.
RU2013126643/11A 2013-06-11 2013-06-11 Destruction of ice cover RU2553516C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013126643/11A RU2553516C2 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Destruction of ice cover

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013126643/11A RU2553516C2 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Destruction of ice cover

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013126643A RU2013126643A (en) 2014-12-20
RU2553516C2 true RU2553516C2 (en) 2015-06-20

Family

ID=53278129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013126643/11A RU2553516C2 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Destruction of ice cover

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2553516C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2708442C1 (en) * 2019-04-29 2019-12-06 Общество с Ограниченной Ответственностью "НЦЛСК "Астрофизика" Method for separating cutting of metal structures and equipment
RU2710122C1 (en) * 2019-04-05 2019-12-24 Общество с Ограниченной Ответственностью "НЦЛСК "Астрофизика" Method of ice cover destruction
RU2785307C1 (en) * 2022-06-22 2022-12-06 Общество с Ограниченной Ответственностью "АРМЗ СЕРВИС" Method for breaking the ice cover

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58487A (en) * 1981-06-22 1983-01-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Frozen sea going vessel
GB2227210A (en) * 1988-12-02 1990-07-25 Thomas Lawrence Foulkes Ice-breaking vessel
JPH03275291A (en) * 1990-03-26 1991-12-05 Toshiba Corp Method for breaking ice by laser beam
KR20090094924A (en) * 2008-03-04 2009-09-09 현대중공업 주식회사 Ice Breaker with a high power laser
RU2463200C1 (en) * 2011-04-15 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика" Method to destruct hummocked ice cover

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58487A (en) * 1981-06-22 1983-01-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Frozen sea going vessel
GB2227210A (en) * 1988-12-02 1990-07-25 Thomas Lawrence Foulkes Ice-breaking vessel
JPH03275291A (en) * 1990-03-26 1991-12-05 Toshiba Corp Method for breaking ice by laser beam
KR20090094924A (en) * 2008-03-04 2009-09-09 현대중공업 주식회사 Ice Breaker with a high power laser
RU2463200C1 (en) * 2011-04-15 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика" Method to destruct hummocked ice cover

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710122C1 (en) * 2019-04-05 2019-12-24 Общество с Ограниченной Ответственностью "НЦЛСК "Астрофизика" Method of ice cover destruction
RU2708442C1 (en) * 2019-04-29 2019-12-06 Общество с Ограниченной Ответственностью "НЦЛСК "Астрофизика" Method for separating cutting of metal structures and equipment
RU2785307C1 (en) * 2022-06-22 2022-12-06 Общество с Ограниченной Ответственностью "АРМЗ СЕРВИС" Method for breaking the ice cover

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013126643A (en) 2014-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shugaev et al. Mechanism of single-pulse ablative generation of laser-induced periodic surface structures
Niziev et al. Influence of beam polarization on laser cutting efficiency
RU2553516C2 (en) Destruction of ice cover
KR20130075651A (en) Processing method of processed object and laser processing apparatus
RU2463200C1 (en) Method to destruct hummocked ice cover
Gao et al. Research of underwater target detection using a slit streak tube imaging lidar
Huang et al. Experimental study on the resistance of a transport ship navigating in level ice
RU2710122C1 (en) Method of ice cover destruction
Miranda et al. All-optical transport and compression of ytterbium atoms into the surface of a solid immersion lens
Tsuruta et al. Repetitive pulse performance of one-micrometer laser-ablation propulsion onto aluminum
KR102010226B1 (en) Prefabricated catamaran ship using H-beam
KR20090094924A (en) Ice Breaker with a high power laser
RU2535346C1 (en) Method to break ice cover and semi-submersible icebreaker ship
RU2785307C1 (en) Method for breaking the ice cover
Korneev Magnetized plasma structures in laser-irradiated curved targets
RU2508224C2 (en) Towed device for ice breaking at making clear-way in ice
RU183492U1 (en) ICE-BREAKER WITH NOSE BYPASSES OF STEPS FOR FORMING DESTRUCTION OF ICE BY PRESSING
KR20140072376A (en) Ice protecting structure of offshore and vessel
JP2018076992A5 (en)
Sazonov et al. Different technologies for making a wider channel in ice for large-size ships
JPS58487A (en) Frozen sea going vessel
Apollonov NEW APPLICATIONS OF HIGH-REPETITION-RATE PULSE-PERIODIC LASERS IN THE ARCTIC
US12005523B2 (en) Process for nanostructuring the surface of a material by laser
Zemlyak et al. Influence of the Shape of a Submarine Vessel on the Ice Breaking Capacity of Flexural-Gravity Waves
RU2495785C1 (en) Method of ice breaking

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150801

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20161020

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180612

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190304

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20211129