Устройство для разрушения ледяного покрова
ICE BREAKER

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом.
Известно устройство для разрушения ледяного покрова в виде подводного судна, способного перемещаться подо льдом с резонансной скоростью и возбуждать резонансные ИГВ. На поверхности носовой оконечности судна для регулирования степени турбулентности пограничного слоя установлены турбулизаторы в виде вибраторов (1. патент RU 2353541 принят за прототип).
Недостатком известного устройства является ограниченность высоты возбуждаемых с его помощью ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности.
Сущность изобретения заключается в разработке устройства,   увеличивающего высоту возбуждаемых ИГВ.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.
Существенные признаки, характеризующие изобретение:
Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, представляющее собой подводное судно, способное перемещаться  подо льдом с резонансной скоростью и возбуждать резонансные ИГВ, при этом на поверхности носовой оконечности судна установлены вибраторы.
Отличительные: вибраторы выполнены с возможностью включения периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн на время, равное половине периода этих волн.
Известно (2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с.), что периодическое приложение нагрузки к ледяному покрову с частотой резонансных ИГВ значительно увеличивает его деформации по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при таких воздействиях возникают резонансные ИГВ. Таким образом, если под ледяным покровом периодически создавать дополнительную область повышенного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Для их благоприятной интерференции, т.е. достижения максимального периодического возрастания высоты суммарных ИГВ, необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [2]:
л
где: D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; с - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.
В этом случае при перемещении льда вверх от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вверх, а при перемещении льда вниз эти силы будут исчезать. Таким образом, длительность воздействия области повышенного давления на нижнюю поверхность льда в области вершины ИГВ будет равна половине периода резонансных ИГВ, т.е. способствовать максимальному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.
Устройство работает следующим образом. Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то во время движения судна повышают степень турбулентности его пограничного слоя посредством включения вибраторов [1]. Если и этого окажется недостаточно для разрушения льда, то вибраторы начинают включать  периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине периода этих волн. В результате к основным ИГВ, возбуждаемых от поступательного движения судна, возникнет дополнительная система резонансных ИГВ.  Наложение этих волн на основные приведет к периодическому  возрастанию высоты суммарных ИГВ и, соответственно, - изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. увеличению толщины разрушаемого льда.
Изобретение поясняется графически.
р
Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью х. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда, то приводят в действие вибраторы 4, способные включаться  периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине периода этих волн.  Высота ИГВ 3 при этом возрастет до высоты ИГВ 5, что увеличит толщину разрушаемого льда.