Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
ВВЕДЕНИЕ
Проблеме судоходства в высоких широтах, продления навигации на замерзающих внутренних водных путях всегда уделялось большое внимание. В условиях нашей страны, в силу развитости водных путей, эта проблема имеет особое значение.
Существенным недостатком морского и речного флота (самого дешевого вида транспорта) является сезонность его работы, отрицательно влияющая на надежность доставки грузов в зимний, ранневесенний и позднеосенний периоды года. Поэтому продление навигации, как и борьба с ледовыми осложнениями, весьма актуальная проблема.
Необходимость обеспечение навигации, в свою очередь, ставит задачу разрушения ледяного покрова в замерзающих портах, заливах и бухтах при прокладке каналов во льду с целью более раннего вскрытия рек, водохранилищ и т. д. В периоды ледохода и ледостава для предотвращения опасности наводнений приходится разрушать ледяные заторы и зажоры. Необходимость разрушения льда также возникает при обслуживании гидротехнических сооружений. В последнее время в связи с расширяющейся добычей нефти и газа на континентальном шельфе особое значение приобрело обеспечение безопасности от повреждения ледовыми нагрузками морских платформ в тех районах, где в зимнее время акватория покрывается льдом.
Известно большое количество способов борьбы со льдом. Среди них - использование амфибийных судов на воздушной подушке (СВП), которые в определенных условиях оказываются более эффективными, по сравнению с традиционными средствами разрушения льда [21].
Вездеходные качества СВП делают возможной их круглогодичную эксплуатацию, а отсутствие у них осадки позволяет разрушать ледяной покров на акваториях любой глубины. Обладая большой скоростью, маневренностью и амфибийностью, СВП могут быстро перемещаться в районы необходимого воздействия на лед. Двигаясь над поверхностью льда, они могут вызывать его разрушение как за счет своего веса, так и за счет возбуждаемых ими в ледяном покрове колебаний достаточной амплитуды [24].
С другой стороны, ледяной покров на реках и озерах используется для устройства зимних ледяных дорог, что особенно характерно для нашей страны.
Как при разрушении льда, так и при эксплуатации ледяных трасс и аэродромов возникает необходимость оценки несущей способности ледяного покрова, находящегося под действием движущейся нагрузки.
В первом случае требуется достичь полного разрушения сплошного льда, во втором, напротив, - сохранить несущую способность ледяного покрова.
В связи с этим актуальными становятся вопросы разработки и исследования закономерностей взаимодействия движущихся объектов с ледяным покровом методами физического моделирования, которым и посвящена настоящая работа.
В работе представлены результаты поисковых и экспериментальных исследований актуальных проблем из ряда указанных выше, приоритет многих из которых защищены патентами на изобретения.
Цели экспериментальных исследований взаимодействия движущихся объектов (нагрузки) с ледяным покровом заключались в следующем:
-выявить особенности деформирования и разрушения ледяного покрова изгибно-гравитационными волнами (ИГВ) от движения нагрузки;
-установить закономерности возникновения изгибно-гравитационного резонанса (ИГР) в сплошном льду;
-определить режимы движения нагрузки, при которых разрушение ледяного покрова происходило наиболее интенсивно;
-исследовать влияние параметров нагрузки на эффективность разрушения ледяного покрова;
-исследовать влияние нестационарности движения нагрузки на закономерности разрушения ледяного покрова;
-на основании экспериментальных исследований определить эффективные приемы разрушения сплошного и измельчения битого льда движущейся нагрузкой;
-выявить безопасные режимы взаимодействия нагрузки с ледяным покровом для достижения эксплуатационной надежности ледяных переправ и ледяных аэродромов, а также разработать способы ее повышения.
Эксперименты по исследованию движения нагрузки по ледяному покрову выполнялись на моделях разрушаемого и неразрушаемого ледяного покрова. Наряду со сплошным льдом моделировался и битый лед различной сплоченности. Эксперименты проводились в опытовых бассейнах Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета (КнАГТУ), Горьковского политехнического института, на акваториях рек и озер Российской Федерации.
В качестве движущейся нагрузки использовались суда и корабли на воздушной подушке и их модели (имитационные, масштабные, полунатурные), а также модели ледоколов, летательных аппаратов, подводных судов, изготовленные студентами и аспирантами КнАГТУ.