Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Прикладные задачи динамики ледяного покрова

Козин В. М., Жесткая В. Д., Погорелова А. В., Чижиумов С. Д., Джабраилов М. Р., Морозов В. С., Кустов А. Н.,

3.7.2. Выводы

1. С ростом скорости ПЛ и толщины ледяного покрова существенное влияние на параметры изгиба оказывает внутреннее трение (это видно из сравнения кривых 2 и 3 на рис. 3.108 и 3.110). Поэтому для получения более достоверных результатов при скоростях, соответствующих области резонанса и выше, необходимы экспериментальные исследования реологических свойств, в частности, времени релаксации деформаций льда.
2. С ростом толщины ледяного покрова уменьшается степень динамичности его изгиба. Для рассмотренного судна и его заглубления под ледяной покров коэффициент динамичности уменьшился от 3 (при толщине льда 0.1 м) до 1.5 (при толщине льда 1 м). Это означает, что достижение резонансной скорости подводного судна имеет существенное значение при небольшой толщине льда.
3. Наибольшие напряжения в ледяной пластине возникают при меньшей скорости, чем наибольшие прогибы. Также несколько отличаются максимумы продольных и поперечных напряжений. Резонансным пикам вследствие этого соответствует некоторый диапазон скоростей.
4. Значения резонансной скорости, полученные численно, соответствуют результатам модельных экспериментов. Теоретические значения по формуле (3.68) занижены при толщине льда до 1.5 м. Однако область резонанса является довольно широкой – в диапазоне 2-3 м/с от максимума прогиба все параметры изгиба изменяются несущественно. Учитывая также, что максимуму напряжений соответствует меньшая скорость, чем максимуму прогиба, можно считать применение формулы (3.68) вполне приемлемым при толщине ледяного покрова более 0.5 м.
5. Очевидно, что способность разрушения ледяного покрова повышается с ростом водоизмещения подводного судна. Этот факт подтверждается экспериментальными исследованиями в работе [73]. Однако не меньшее значение имеет форма корпуса, в частности: удлинение; наличие цилиндрической вставки; наличие, форма и положение рубки, а также других выступающих частей над корпусом. В подразделе 3.6 показано, что повышению ледоразрушающих возможностей ПЛ способствуют следующие факторы: малое удлинение корпуса; отсутствие цилиндрической вставки; рубка в районе мидель-шпангоута «лимузинной» формы (обтекание которой происходит преимущественно по батоксам; наличие выступающих частей в оконечностях.
6. Образование трещин приводит к снижению изгибающих моментов и соответствующих напряжений в ледяном покрове. Концентрации напряжений на краях трещины, далеко распространившейся от диаметральной плоскости, не являются существенными. Таким образом, треснувшую ледяную пластину нельзя считать разрушенной. Она сохраняет некоторую несущую способность. Для гарантированного разрушения ледяного покрова необходимо создать больший уровень напряжений, чем тот, который достигает предела прочности льда.
7. Существенного возрастания давлений на ледяной покров следует ожидать по краям подводных выступов льда. Кроме того, по краям торосов существует концентрация напряжения. Таким образом, наличие торосов, особенно в подводной части, способствует разрушению ледяного покрова гидродинамическими нагрузками.
8. Основным препятствием для внедрения способа разрушения ледяного покрова гидродинамическими нагрузками от движения подводного судна является опасность столкновения с подводными выступами ледяного покрова, особенно учитывая, что наиболее эффективное разрушение льда соответствует высоким резонансным скоростям движения. Вместе с тем, в результате численных экспериментов выявлены условия, при которых можно добиться эффективного разрушения ледяного покрова при сохранении достаточного уровня безопасности.

Можно выделить три основных направления использования гидродинамического способа разрушения ледяного покрова подводными судами: 1) экстренное всплытие во льдах боевых ПЛ; 2) средне- и крупнотоннажные подводные суда для перевозки массовых грузов смогут создавать уровень гидродинамических давлений, достаточный для разрушения льдов толщиной более метра при относительно невысоких скоростях движения и безопасном заглублении, гарантирующем проход под подводными торосами; 3) специализированные подводные ледокольные суда водоизмещением более 10 тыс. тонн, имеющие форму обводов и усиления корпуса, оптимизированные с целью разрушения льда и формирования каналов в ледяном покрове, способные гораздо быстрее надводных ледоколов подойти к судам, зажатым во льдах.

Большинство представленных в этой главе результатов позволяют выявить только приближённые оценки различных факторов на ледоразрушающую способность подводных объектов. Для получения более подробных и точных результатов необходимо более тщательное исследование реологических свойств ледяного покрова, статистический анализ ледовых условий, оценки погрешностей численных моделей (анализ сходимости при изменении длительности шагов по времени, размеров граничных и конечных элементов, анализ влияния ограничений размеров сетки или применения полубесконечных элементов).

Для полноты результатов необходимы численные эксперименты с моделями подводных объектов различной формы. Очевидной является возможность повышения ледоразрушающей способности подводных судов при движениях с переменной скоростью (ускорениях, резких торможениях, маневрировании). Предложенная методика позволяет анализировать такие движения. После проведения соответствующих численных расчётов могут быть предложены рекомендации по дальнейшему совершенствованию способов разрушения ледяного покрова.