Введение к работе
Актуальность темы. Последнее время среди прочих исследований динамики ледяного покрова бодоємов все большее значение начинают приобретать задачи прикладного характера. Одна из них - об использовании изгибно-гравиташгонных волн (ИГВ) для разрушения ледяного покрова с целью борьбы с ледовыми затруднениями на акваториях, продления навигации и т. д.
В условиях, когда арсенал существующих ледокольных средств не способен в полной мере и эффективно решать проблемы освобождения водоемов от льда, и постоянно идет поиск новых технологий разрушения ледяного покрова, идея использования волн с этой целью является очень привлекательной. Уже проведенные эксперименты как в России, так и за рубежом (Финляндия, Канада), и ігредварительная оценка эффективности волнового способа позволяют говорить о нем, как о достаточном универсальном и мощном, "оружии" в борьбе со льдом. Эффективность способа определяется прежде всего высокой скоростью разрушения льда при низких энергетических,затратах, а также широким кругом задач разрушения льда, которые можно решать при помощи этого способа. На нащ взгляд большие возможности волнового способа должны способствовать его широкому внедрению и обеспечить ему одну из ведущих ролей в проведении ледокольных работ! Это является особенно актуальным для нашей страны имеющей развитую Сеть водных путей.
Одним из средств позволяющих успешно реализовать волновой способ являются современные самоходные амфибийные судаі на воздушной подушке (СВП). Движение СВП по замерзшему водоему может сопровождаться развитием в кем іпгибно-гравіггациошшх волн, которые могут вызвать появление трещин во льду и его разрушение. Это'побуждает заняться песледгжййГём динамики движения таких судов над ледяным покровом. И одной из первоочередных задач здесь является задача определения сопротивления движению СВП. Важность решения этой задачи обусловлена и тем, что сила сопротивления движению судна во многом определяет величину энергозатрат на возбуждение волн необходимой амплитуды. Это позволит сделать выводы об экономической эффективности волнового способа более обстоятельными.
При волновом способе разрушения льда волновое сопротиалекие двгоке-шпо СВП играет одну из главных ролей в общем балансе сопротивлений. И в настоящей работе решается задача об определении.волнового сопротивления судна на воздушной подушке над ледяным покровом. Эта задача является со- ставной частью научно-исследовательской тематики кафедры "Судостроение" н
кораблестроительного факультета Нижегородского государственного технического университета (Ш ТУ), выполняемой в рамках Всероссийской программы "Разработка энергосберегающих средств и технологий разрушения льда и продления навигации на внутренних водных путях".
Цель работы. Получение метода расчета волнового сопротивления движению судна на воздушной подушке над ледяным покровом. Оценка влияния на волновое сопротивление параметров СВП и водоема и различных режимов двюкения судна. Выработка рекомендаций по проектированию ледокольных СВП, использующих волновой способ разрушения льда, исходя из особенностей волнового сопротивления этих судов над ледяным покровом.
Задачи и методы исследований. В работе решается задача о волновом сопротивлении судна на воздушной подушке в установившемся и неустановившемся движении по безграничному водоему произвольной постоянной глубины покрытому сплошным и битым льдом. С целью определения волнового сопротивления СВП проведено аналитическое решение указанной задачи, полученное в рамках линейной теории волн и основанное на использовании методов гидромеханики и теории изгиба пластин. Для оценки адекватности полученного решения реальным условиям приводится его сравнение с известными экспериментальными данными.
Научная новизна. В двухмерной и трехмерной постановке задачи получены формулы расчета волнового сопротивлешія СВП над сплошным неразрушае-мым ледяным покровом в неустановившемся и установившемся движении. Проведено исследование сопротивления в зависимости от параметров СВП и водоема. Показано, что в трехмерной задаче без учета трения, в отличии, от двухмерной, сопротивление и амплитуды возбузздаемых волн при любой скорости СВП с течением времени стремятся к ограниченной величине. В неустановившемся движении СВП с постоянной скоростью определены скорости изменения во времени нестационарных составляющих движения. Определено влияние величины ускорения на сопротивление СВП в ускоренном движении.
Аналогичные формулы расчета волнового сопротивления выведены' и исследованы и для случая движения области давлений над битым льдом. Как частный случай рассмотрено волновое сопротивление на чистой воде, где результаты совпадают с уже известными работами других авторов. .
В интегральном виде получены формулы определения амплитуд волн, вызванных СВП в различных режимах движения. Исследованы некоторые свойства вола в водоеме со льдом. Объяснены и проклассифицированы всзмолаше
причины разрушения ледяного покрова водоемов. Полученные формулы волнового сопротивления и амплитуд волн могут служить основой для вывода аналогичных формул с более сложными моделями водоема и СВП.
Практическое значение, Предложена методика расчета волнового сопротивления движению СВП по водоему со льдом. Разработаны программы для ПЭВМ с целью исследования волнового сопротивления СВП над сплошным и битым льдом и над водой в установившемся и равноускоренном движении. Даны рекомендации по выбору режимов движения и параметров СВП, использующих волновой способ разрушения льда. Приведены пояснения физической ' сущности волновых явлений в водоеме со льдом, которые позволяют более определенно поставить эксперимент и объяснить его' результаты. Полученные формулы сопротивления могут служить основой для разработки упрощенных вариантов злгх формул, более удобных в инженерных расчетах. Результаты диссертации используются в научной и педагогической деятельности кафедры "Судостроение" НГТУ. Рекомендации по проектированию и использованию ледокольных СВП внедрены в АО ЦКБ "Вымпел".
Основные положения выносимые на зашиту;
результаты теоретического исследования волнового сопротивления СВП над сплошным неразрушаемым ледяным покровом в установившемся и неустановившемся движении;
результаты теоретического исследования волнового сопротивления СВП над битым льдом в установившемся и неустановившемся движении;.
метод расчета волнового сопротивления движению СВП над ледяным покровом водоемов.
Апробация работы. По результатам работы сделано семь докладов: на "IV международной конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей", ноябрь 1994 г., Москва; на международной конференции "13th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Condition, POAC'95", август 1995 г., Мурманск; на "XXXVII научно-технической конференции "Современные проблемы теории корабля" (Крыловские чтения 1995 г.)", октябрь 1995 г., Санкт-Петербург; на "международной конференции "Проблемы прочности и эксплуатационной надежности судов, ПЭНС'96", сентябрь 1996 г., Владивосток; ка "12 научно-технической конференции по проектированию скоростных судов посвященной 80-летию со дня рождения главного конструктора скоростных судов России, доктора технических наук, лауреата Ленинской и Государственных премий Р. Е. Алексеева", декабрь 1996 г.,
Нижний Новгород; на " Второй международной конференции по морским ин-теллектуальным технологиям, МОРИНТЕХ'97", октябрь, 1997 г., Санет-Петер-бург; на "ХХХУШ научно-технической конференции "Современные проблемы теории корабля" (Крыловские ' чтения 1997 г.)", октябрь 1997 г., Санкт-Петербург.
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь работ (см. перечень в конце автореферата).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 245 страшщ основного текста, включающего 3 с. содержания, 8 с. списка литературы (113 наименований), 54 с. с рисунками и таблицами, и 110 с. приложений, оформленных в отдельный том.
