RU2709979C1

RU2709979C1 - Method of ice cover destruction in shallow water

Info

Publication number: RU2709979C1
Application number: RU2019109709A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Алексей Сергеевич Васильев; Сергей Владимирович Радионов
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2019-12-23

Abstract

FIELD: ice-technology.

SUBSTANCE: invention relates to ice-breaking equipment, in particular, to performance of icebreaking works by air-cushion ships (ACS). Disclosed is method of ice cover destruction in shallow water, including simultaneous movement with resonant speed in one and the same direction of two ACS along ice edge, wherein the first vessel is moved along free water, and the second one – along the solid ice behind the first one at a distance from it, equal to quarter of the length of the resonant flexural-gravity wave (FGW). During movement at vessels periodically with frequency of resonance FGW fan-lifting complexes are switched off and switched on with a period of time equal to half the period of these waves.

EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of ice cover destruction due to interference of gravitational waves and FGW, excited by two vessels.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к ледотехнике и может быть использовано для выполнения ледокольных работ с помощью СВП.The invention relates to ice engineering and can be used to perform icebreaking operations using SVP.

Известен способ разрушения ледяного покрова (1. RU 2203827 С2, 20.10 2002), заключающийся в перемещении СВП по свободной воде вдоль кромки льда с последующим его выходом и движением по ледяному покрову, при этом движение по свободной воде осуществляют при отключенном вентиляторно-подъемном комплексе.A known method of destruction of the ice cover (1. RU 2203827 C2, 20.10 2002), which consists in moving the SVP along free water along the ice edge with its subsequent exit and movement on the ice cover, while moving along free water is carried out with the fan-lifting complex off.

Также известен способ разрушения ледяного покрова на мелководье (2. RU 2457975 C1, 10.08.2012), принятый в качестве прототипа, заключающийся в перемещении двух СВП с резонансной скоростью вдоль кромки льда, при этом первое судно перемещают по свободной воде, а второе - по сплошному льду позади первого на расстоянии от него, равном четверти длины резонансных ИГВ.Also known is a method of destroying the ice cover in shallow water (2. RU 2457975 C1, 08/10/2012), adopted as a prototype, which consists in moving two SVPs with a resonant speed along the ice edge, with the first ship moving in free water and the second in continuous ice behind the first at a distance from it, equal to a quarter of the length of the resonant IGV.

Недостатком этого способа является его низкая эффективность.The disadvantage of this method is its low efficiency.

Сущность изобретения заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова резонансным методом (3. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Изд-во «Академия Естествознания». 2007. - 355 с.) за счет возбуждения во льду системы дополнительных к основной системе резонансных ИГВ.The essence of the invention is to increase the efficiency of ice cover destruction by the resonance method (3. Kozin V.M. Resonance ice cover destruction method. Inventions and experiments. M.: Academy of Natural Sciences Publishing House. 2007. - 355 pp.) in the ice of the system additional to the main system of resonant IGVs

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого льда.The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the thickness of destructible ice.

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

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова на мелководье, заключающийся в одновременном перемещении в одном и том же направлении двух судов на воздушной подушке вдоль кромки льда в непосредственной близости друг к другу и к кромке льда, при этом первое судно перемещают с критической скоростью по свободной воде, а второе - с резонансной по сплошному льду позади первого на расстоянии от него, равном четверти длины резонансной ИГВ.Restrictive: a method of destroying the ice cover in shallow water, which consists in simultaneously moving in the same direction two hovercraft along the ice edge in close proximity to each other and to the ice edge, while the first vessel is moved at a critical speed in free water, and the second with resonance over solid ice behind the first at a distance from it equal to a quarter of the length of the resonant IGV.

Отличительные во время движения у судов периодически с частотой резонансных ИГВ отключают и включают вентиляторно-подъемные комплексы с периодом времени, равном половине периода этих волн.Distinctive during the movement of vessels periodically with a frequency of resonant IHV, they turn off and turn on the fan-lifting complexes with a time period equal to half the period of these waves.

Известно (4. Павленко Г.Е. Сопротивление воды движению судов. М.: Морской транспорт, 1956, - 508 с.), что на мелководье при критической скорости судна υ_к, равной

(q - ускорение силы тяжести, Н - глубина водоема), расходящиеся и поперечные волны совмещаются, образуя одну ярко выраженную поперечную волну максимальной амплитуды и движущуюся впереди судна.It is known (4. Pavlenko G.E. Water resistance to the movement of ships. M: Sea transport, 1956, - 508 p.) That in shallow water at a critical speed of the vessel υ _к equal to

(q is the acceleration of gravity, H is the depth of the reservoir), diverging and transverse waves are combined, forming one pronounced transverse wave of maximum amplitude and moving in front of the vessel.

Также известно (5. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат.1967. - 216 с.), что на мелководье скорость резонансных ИГВ υ_р в ледяном покрове также равна

а длина этих волн равна

где D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины, ρ_л - плотность льда, h - толщина льда.It is also known (5. Kheisin D.E. Dynamics of ice cover. L .: Gidrometeoizdat. 1967. - 216 p.) That in shallow water the speed of resonant IGW υ _r in the ice cover is also equal

and the length of these waves is

where D is the cylindrical stiffness of the ice plate, ρ _l is the density of ice, h is the thickness of the ice.

Известно и то, что периодическое приложение поперечной нагрузки к ледяному покрову с частотой его резонансных ИГВ резко увеличивает его деформации (их амплитуду) по сравнению с деформациями от такой же нагрузки, но приложенной стационарно [5].It is also known that the periodic application of a transverse load to the ice sheet with the frequency of its resonant IGW sharply increases its deformations (their amplitude) in comparison with deformations from the same load, but applied stationary [5].

Известно (6. Войткунский Я.И., "Сопротивление движению судов". Л., Судостроение, 1988), что ухудшение обтекаемости формы подводной части корпуса судна сопровождается увеличением волнового сопротивления, т.е. амплитуды возбуждаемых волн. Таким образом, если ухудшить обтекаемость (плавность) обводов судна, то можно повысить интенсивность волнообразования и, соответственно, эффективность разрушения ледяного покрова резонансным методом. Для этого у СВП, движущегося по свободной воде, достаточно отключить вентиляторно-подъемный комплекс. Лишившись воздушной подушки, обтекаемость которой достаточно высокая, судно ляжет на корпус, представляющий у СВП коробчатую конструкцию. В результате обтекаемость формы подводной части судна ухудшится, что при неизменной скорости судна вызовет увеличение его волнового сопротивления и соответствующий рост амплитуды возбуждаемых волн.It is known (6. Voitkunsky Ya.I., "Resistance to the movement of ships". L., Sudostroenie, 1988) that the worsening of the streamlined shape of the underwater part of the hull is accompanied by an increase in wave resistance, i.e. the amplitudes of the excited waves. Thus, if the streamlining (smoothness) of the ship’s contours is worsened, it is possible to increase the intensity of wave formation and, accordingly, the efficiency of ice cover destruction by the resonance method. For this, in an SVP moving in free water, it is enough to turn off the fan-lifting complex. Having lost an air cushion, the streamlining of which is quite high, the vessel will lie on the hull, which is a box-like structure at the SVP. As a result, the streamlining of the shape of the underwater part of the vessel will deteriorate, which at a constant speed of the vessel will cause an increase in its wave resistance and a corresponding increase in the amplitude of the excited waves.

Также известно, что при воздействии вертикальной импульсной нагрузки на лед в нем возбуждаются ИГВ [5].It is also known that under the influence of a vertical pulsed load on ice, IGWs are excited in it [5].

Изобретение осуществляется следующим образом. По ледяному покрову начинают перемещать два СВП. При этом первое СВП перемещают по свободной воде с критической скоростью вдоль кромки льда в непосредственной близости от нее, а второе - по кромке ледяного покрова параллельным курсом также вблизи нее с резонансной скоростью. Поскольку в условиях мелководья эти скорости равны друг другу, то для достижения суммарных ИГВ наибольшей амплитуды второе СВП перемещают позади первого на расстоянии от него, равном λ_p/4. Такое отставание второго СВП обеспечит его расположение в пучности ИГВ, возникающих от движения первого судна. В этом случае волновое сопротивление второго СВП станет максимальным и соответственно, амплитуда суммарных, т.е. основных, ИГВ - наибольшей. Если после этого разрушения ледяного покрова не произойдет, т.е. амплитуда возбуждаемых при этом основных ИГВ окажется не достаточной для разрушения льда, то во время движения у судов периодически с частотой резонансных ИГВ отключают, а затем включают вентиляторно-подъемные комплексы с периодом времени, равном половине периода этих волн. Выполнение этих условий приведет к возбуждения в ледяном покрове системы дополнительных резонансных ИГВ. Указанная продолжительность работы комплексов будет способствовать более эффективной раскачке ледяного покрова, т.к. при отключенном комплексе (при увеличенном волновом сопротивлении) СВП будет в течение полупериода гравитационной волны находиться на ее подошве, т.е. будет способствовать увеличению ее глубины. В момент начала формирования гребня ИГВ, т.е. через время, равное ее полупериоду, комплекс включают. Волновое сопротивление снизится, что не будет препятствовать росту высоты гребня гравитационных волн, т.е. высоты этих вон. В результате гравитационные волны будут трансформироваться в ИГВ с большей по сравнению с прототипом интенсивностью.The invention is as follows. Two SVPs begin to move along the ice sheet. In this case, the first SVP is moved along free water at a critical speed along the edge of the ice in the immediate vicinity of it, and the second along the edge of the ice sheet in a parallel direction also near it with a resonant speed. Since these speeds are equal to each other under shallow water conditions, in order to achieve the total IHV of the maximum amplitude, the second SVP is moved behind the first one at a distance from it equal to λ _p / 4. Such a lag of the second SVP will ensure its location in the antinodes of the IHV arising from the movement of the first vessel. In this case, the wave impedance of the second SVP will become maximum and, accordingly, the total amplitude, i.e. basic, IGV - the largest. If after this destruction of the ice sheet does not occur, i.e. the amplitude of the main IGV excited in this case is not sufficient for ice breaking, then during the movement of vessels periodically with a frequency of resonant IGV they are turned off and then the fan-lifting complexes with a time period equal to half the period of these waves are turned on. Fulfillment of these conditions will lead to the excitation in the ice sheet of the system of additional resonant IGWs. The indicated operation time of the complexes will contribute to a more efficient buildup of ice cover, as when the complex is off (with increased wave resistance), the SVP will be on its sole for a half-period of the gravitational wave, i.e. will increase its depth. At the moment of the beginning of the formation of the igvine ridge, i.e. after a time equal to its half-life, the complex is turned on. The wave resistance decreases, which will not impede the growth of the crest of gravitational waves, i.e. heights of those won. As a result, gravitational waves will be transformed into IGW with a higher intensity compared to the prototype.

Аналогичные процессы будут происходить и при периодических ударах по льду корпусом судна, которые будут происходить в моменты отключения вентиляторно-подъемного комплекса. В результате в ледяном покрове возникнут дополнительные ИГВ, когерентные с основными ИГВ от трансформации гравитационных волн, возбужденных при поступательном движении первого СВП. Амплитуда суммарных ИГВ вследствие интерференции всех волновых систем, а следовательно, и их ледоразрушающая способность возрастут, что позволит достичь заявленный технический результат.Similar processes will occur during periodic impacts on ice with the hull of the vessel, which will occur when the fan-lift complex is turned off. As a result, additional IGWs coherent with the main IGWs from the transformation of gravitational waves excited during the translational motion of the first SVP will appear in the ice sheet. The amplitude of the total IGW due to the interference of all wave systems, and consequently, their ice-breaking ability will increase, which will achieve the claimed technical result.

Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показан вид на расположение СВП сверху; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.The invention is illustrated graphically, where: in FIG. 1 shows a top view of the location of the SVP; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1.

По свободной воде 1 перемещают первое СВП 2 вдоль кромки 3 ледяного покрова 4 с критической скоростью υ_к (фиг.1). Вслед за ним с резонансной скоростью υ_р перемещают позади первого второе СВП 5 на расстоянии от него, равном λ_р/4 (фиг. 1, 2).In free water 1 move the first SVP 2 along the edge 3 of the ice sheet 4 with a critical speed υ _to (figure 1). Following him with a resonant speed υ _p move behind the first second SVP 5 at a distance from it equal to λ _p / 4 (Fig. 1, 2).

Claims

The method of ice cover destruction in shallow water, which consists in simultaneously moving in the same direction two hovercraft along the ice edge in close proximity to each other and to its edge, while the first vessel is moved through free water at a critical speed, and the second - with resonance over solid ice behind the first one at a distance from it, equal to a quarter of the length of the resonant flexural-gravitational wave, characterized in that during the movement of vessels periodically with a frequency of resonant flexural-gr propulsion waves turn off and on the fan-lifting systems with a period of time equal to half the period of these waves.