Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты

Козин В. М,

1.5. Разрушение ледяного покрова волнами от движущегося судна

Опыт эксплуатации ледокольных судов в арктическом бассейне позволил обнаружить их способность разрушать сплошной лед волнами, возбуждаемыми при их поступательном движении [37,38]. В этом случае судно двигалось вдоль кромки льда или по ледовому каналу, возбуждая систему корабельных волн, трансформировавшихся в ИГВ. Ледяной покров разрушался на значительной площади, а ширина полосы разрушенного льда при движении средних ледоколов достигала сотен метров [169].

В целях повышения эффективности процесса разрушения ледяного покрова (например, припайных льдов)  предложено следующее решение. Судно, идущее вдоль кромки ледяного поля, подвергают искусственной качке, что наряду с основной корабельной системой волн будет вызывать дополнительную, которые, взаимодействуя, будут воздействовать на кромку ледяного покрова (припая), вызывая его разрушение (рис.1.120). Способ разрушения ледяного покрова заключается в том, что при движении судна 1 вдоль кромки ледяного покрова его подвергают искусственной качке путем перекачки воды в балластных отсеках. При этом создаются две системы волн: основная от поступательного движения судна 1 и дополнительная от искусственной качки. В результате наложения друг на друга двух волновых систем (основной и дополнительной) возникает волновая система большей интенсивности, т.е. при неизменной мощности главных двигателей судно за счет искусственной качки способно возбудить гравитационные волны большей амплитуды. В результате во льду возникают большие напряжения, т.е. волны способны разрушить лед большей толщины [268].

Рис.1.120. Основная корабельная система волн (слева) и система волн, возникающая при искусственной качке судна

При разрушении ледяного покрова на мелководных участках можно использовать устройство в виде симметрично установленных по бортам судна пластин на расстоянии друг от друга, равном длине гравитационных волн, и не выше их высоты. Первую пару пластин установливают в месте первого гребня носовой волны, а количество пар пластин выбирают равной числу длин волн, укладывающихся по длине судна. Пластины крепятся на вертикальных осях с возможностью поворота на определенный угол и перемещения вдоль бортов судна.

Изобретение осуществляется следующим образом. Перед мелководным участком, не вступая в контакт со сплошным льдом, судно разворачивают на 180° и перемещают его в этом направлении, на рис. 1.121 показана схема волнообразования при установке пластин (слева) и схема маневрирования судна при выполнении ледокольных работ (справа). При движении судна 1 перпендикулярно кромке льда со скоростью, соответствующей максимальному волновому сопротивлению на поверхности воды 2 возникают гравитационные волны 3, при этом в носу судна образуется носовой сектор волн 4, а в корме - кормовой сектор 5. Эти сектора состоят из расходящихся 6 и поперечных 7 волн. Поскольку сектор кормовых волн 5 формируется за кормой судна, а расходящиеся волны 6 носового сектора 4 после их возникновения не взаимодействуют с корпусом судна, то изменять величину волнового сопротивления, а значит и интенсивность волнообразования, можно только за счет изменения параметров поперечных волн 7 носового сектора 4. Для увеличения амплитуды поперечных волн 7 носового сектора 4 по бортам судна 1 симметрично устанавливают пластины 8 на расстоянии друг от друга, равном длине возбуждаемых волн и имеющих протяженность по вертикали h не менее высоты возбуждаемых волн а. Первая пара пластин 9 устанавливается в месте первого гребня 10 носовых волн 3. Количество пар пластин 8 равно числу длин волн, укладывающихся по длине судна (на рисунке их четыре).

Рис.1.121.Схема реализации способа разрушения льда

Пластины крепятся на вертикальных осях 11 с возможностью их поворота и перемещения вдоль бортов судна (например, в положение 12) [269].

Следующий способ предназначен для совершенствования технологии разрушения  кромки ледяного покрова. Его сущность заключается в воздействии на лед гравитационными волнами, возбуждаемыми идущим вдоль кромки ледяного покрова судном (рис.1.122) и областью пониженного давления. Данная технология осуществляется следующим образом. Вдоль кромки 1 ледяного покрова 2 начинают перемещать судно 3 с максимально возможной для него скоростью v нa минимально безопасном к ней приближении L. Если максимальная высота возбуждаемых при этом гравитационных волн, трансформируемых в ИГВ, окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова 2, то судно З разворачивают на курсовой угол (угол дрейфа) и продолжают его движение в положении 4 вдоль кромки 1. Для разворота судна на заданный угол и удержания его поступательного движения вдоль кромки льда используют известные штатные рулевое и подруливающие устройства. При таком движении судна, т.е. при наличии угла атаки по отношению к вектору скорости набегающего потока на соответствующем борту судна возникнет область пониженного давления 5, что повысит интенсивность возбуждаемых ИГВ и ледоразрушающую способность судна [270].