RU2603287C1

RU2603287C1 - Method for sheet ice breaking

Info

Publication number: RU2603287C1
Application number: RU2015129898/11A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Анна Александровна Матюшина; Владислав Юрьевич Верещагин; Александра Владимировна Погорелова; Елена Григорьевна Рогожникова; Денис Юрьевич Кипин; Михаил Васильевич Канделя; Антон Павлович Пекарь
Original assignee: Виталий Леонидович Земляк
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2016-11-27

Abstract

FIELD: ice-technology.

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. At that after excitation in ice resonance flexural-gravity waves ship within moving behind it with resonance speed first recess of waves is imparted additional periodic reciprocating movements in direction of its movement with frequency of resonance flexural-gravity waves. At that movements provide as maximum within recesses of waves, i.e. equal to half their length, and pressure in the air-cushion of ship is periodically changed with frequency of resonance flexural-gravity waves.

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 давление в воздушной подушке судна периодически изменяют с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн.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 pressure in the air cushion of the vessel is periodically changed with the frequency of the resonant flexural-gravitational waves.

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_р, 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 IHV ω _p , then the amplitude and, accordingly, the ice-breaking ability of the IHV will increase.

Значение ω_р можно определить по зависимости (2. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1967. 217 С.) $ω_{p} = g H \sqrt{\frac{ρ_{л} h}{D}}$

, где g - ускорение свободного падения; Н - 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 D.E. Dynamics of ice cover. - L.: Gidrometeoizdat. - 1967. 217 C.)

ω_{p} = g H \sqrt{\frac{ρ_{l} h}{D}}

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

Известно (3. Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом. - Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН; ПГУ 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 (3. Kozin V.M., Zemlyak V.L. Physical basis for ice sheet destruction by the resonance method. - Komsomolsk-on-Amur: IMiM FEB RAS; PSU 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.

Также известно (4. Козин В.М., Скрипачев В.В. Колебания ледяного покрова под действием периодически изменяющейся нагрузки / Прикладная механика и техническая физика. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. - 1992. - №5), что приложение к ледяному покрову периодической нагрузки приводит к возбуждению в нем ИГВ. Если частота такого воздействия окажется равной ω_р, то амплитуда волн резко возрастет, т.е. в ледяном покрове возникнет система резонансных ИГВ.It is also known (4. Kozin VM, Skripachev VV Fluctuations of the ice cover under the action of periodically changing loads / Applied Mechanics and Technical Physics. - Novosibirsk: Publishing House of the SB RAS. - 1992. - No. 5) that the application to the ice cover of a periodic load leads to the excitation of IGV in it. If the frequency of such an effect turns out to be equal to ω _p , then the amplitude of the waves will increase sharply, i.e. a system of resonant IGVs will appear in the ice sheet.

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 $λ_{p} = 2 π \sqrt{\frac{D}{ρ_{л} h g H}}$

[2] и периодически с частотой резонансных ИГВ. Выполнение этих условий обеспечит возбуждение дополнительной системы ИГВ, частота которых будет равна частоте основных резонансных ИГВ ω_р. Волновые системы окажутся когерентными и вследствие этого способными интерферировать друг с другом, т.е. периодически увеличивать их суммарные амплитуды и соответственно ледоразрущающую 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

λ_{p} = 2 π \sqrt{\frac{D}{ρ_{l} h g H}}

[2] and periodically with a frequency of resonant IHV. Fulfillment of these conditions will ensure the excitation of an additional IGV system, 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, able to interfere with each other, i.e. periodically increase their total amplitudes and, accordingly, the ice-breaking ability of IGW.

Если и этого окажется недостаточно для разрушения ледяного покрова, то одновременно с выше описанным маневрированием давление в воздушной подушке судна, например, за счет управления режимом работы вентиляторного, т.е. подъемного, комплекса СВП начинают изменять с частотой ω_р. В результате возникнет еще одна система резонансных ИГВ. Интерференция систем резонансных ИГВ приведет к увеличению суммарных амплитуд ИГВ и соответственно их ледоразрущающей способности.If this is not enough to destroy the ice cover, then simultaneously with the maneuvering described above, the pressure in the air cushion of the vessel, for example, by controlling the operation mode of the fan, i.e. lifting, complex SVP begin to change with a frequency of ω _p . As a result, another system of resonant IGVs arises. The interference of resonant IHV systems will lead to an increase in the total amplitudes of the IHV and, accordingly, their ice-breaking ability.

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 АВ=λ_р/2), перемещающейся с резонансной скоростью υ_р, сообщают дополнительные возвратно-поступательные перемещения с частотой ω_р. Они вызовут возбуждение ИГВ 4 за счет возникновения в точках перегиба профиля ИГВ (А и В) максимального волнового сопротивления R_в, а также максимальной центробежной силы R_ц в точке С. 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 the ice 1, then the vessel within the basin of the IGV (distance AB = λ _p / 2) moving with a resonant speed υ _r is reported with additional reciprocating movements with a frequency of ω _r . They 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

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 pressure in the air cushion of the vessel is periodically changed with the frequency of the resonant flexural-gravitational waves.