Método de rotura de capas de hielo mediante vibración mecánica.
El método de destrucción del hielo por resonancia consiste en romper una capa de hielo que se ha formado sobre una masa de agua haciendo que el hielo y el agua oscilen hacia arriba y hacia abajo hasta que el hielo sufre suficiente fatiga mecánica como para provocar una fractura .
Resonancia
Si se aplica fuerza estática a una capa de hielo, se flexionará ligeramente antes de sufrir una falla catastrófica. Dado que el hielo se doblará ligeramente cuando cualquier vehículo capaz viaje sobre agua cubierta de hielo, se deduce que viajar a alguna velocidad crítica puede imponer una flexión suficiente de la capa de hielo para causar resonancia , y esto puede resultar en una retroalimentación positiva que amplifica efectivamente la oscilación dentro del hielo. masa de agua que sostiene el hielo debajo del vehículo.
Ondas de gravedad de flexión
Las ondas de gravedad de flexión (FGW) son oscilaciones tridimensionales de fuerzas que ocurren dentro de un líquido perturbado y generalmente se observan como ondas superficiales. [1]
Se han dado casos de destrucción de hielo por ondas de gravedad de flexión producidas por coches en movimiento, trenes en cruces ferroviarios, aviones durante el despegue y aterrizaje, etc. Sin embargo, en la actualidad los vehículos más adecuados para la aplicación del método son los aerodeslizadores anfibios , también conocidos como vehículos con colchón de aire (ACV). [ cita necesaria ]
El medio principal para romper la capa de hielo es la flota rompehielos . Sin embargo, el gran consumo de energía para la destrucción del hielo, la imposibilidad de realizar operaciones rompehielos en aguas poco profundas debido al gran calado de los rompehielos y otras dificultades han impulsado la búsqueda de métodos fundamentalmente nuevos para destruir el hielo. Uno de ellos fue diseñado por Viktor Kozin , autor del estudio "Método de resonancia para la destrucción de la capa de hielo". [2]
Resumen de la técnica
El movimiento de una carga sobre una capa de hielo desarrolla un sistema de ondas de gravedad de flexión. Se trata de una combinación de vibraciones de flexión de la placa de hielo y ondas gravitacionales asociadas en el agua. Cuando la velocidad de la carga se acerca a la velocidad de fase mínima del FGW, el agua deja de sostener la capa de hielo y el soporte se logra únicamente mediante las propiedades elásticas del hielo. La amplitud del FGW aumenta bruscamente y, con una carga suficiente, comienza la destrucción. El consumo de energía es varias veces menor (dependiendo del espesor del hielo) en comparación con los rompehielos y los accesorios para romper hielo. Este método de destrucción del hielo se conoce como método de resonancia .
Ventajas
Las ventajas de los aerodeslizadores son la falta de exposición de la carrocería del vehículo al hielo y la capacidad de cruzar con seguridad sobre nieve y capas de hielo, hielo roto y aguas abiertas. La virtual ausencia de tiro en los aerodeslizadores puede romper el hielo en charcos de cualquier profundidad.
Es deseable utilizar un aerodeslizador para destruir el hielo porque este tipo de vehículo permite una combinación de transporte y rompehielos, y sus cualidades todoterreno facilitan su funcionamiento durante todo el año.
La alta velocidad de destrucción del hielo por los aerodeslizadores permite efectivamente la apertura temprana de tramos individuales de ríos y embalses. Esto no sólo puede aumentar el período de navegación, sino también prevenir el fenómeno del puré. Trabajar un ACV en el régimen resonante es eficaz no sólo en el hielo superficial sino también en el hielo profundo, y esto puede evitar que se produzcan desastres durante la congelación y la deriva .
Investigación
El científico Viktor Kozin obtuvo curvas teóricas experimentales que revelan todas las posibilidades de su método.
Referencias
- ^ Milewski, P. y Wang, Z (2013). "Ondas tridimensionales de flexión y gravedad (resumen)". Estudios en Matemática Aplicada . 131 (2). Universidad de Bath, Reino Unido: 135–148. doi :10.1111/sapm.12005. S2CID 120551298.
- ^ Kozin, VM (2007). Método de resonancia para la destrucción de la capa de hielo. invención y experimentación . Moscú: Izdatel'stvo "La Academia de Ciencias Naturales". págs. –355 con. ISBN 978-5-91327-017-7.
Literatura
- Método de resonancia AV Palygina para la destrucción de la capa de hielo M.: Izd LLC School Press, 2009 48-50c. ISSN 0130-5522
- Kornev, AA, Krestyaninov VF Levschanov LP Ryabinkin AB Estudio a gran escala del método de resonancia de fractura de hielo en aerodeslizadores anfibios / Consideraciones de diseño de buques en hielo. Sat Scient intercolegial. Actas.- 1988.- Gorkiy p. 107-117.
- Tecnología marina: proporcionar una superficie submarina segura desde debajo de la capa de hielo. Tecnología del mar, noviembre de 2010, №11
Patentes
- Método de destrucción de la capa de hielo , Patente RF No. 1605471 del 19.11.1993 Kozin VM
- Método de destrucción del aerodeslizador de hielo Patente rusa nº 1766012 del 01.06.1992 Kozin VM
Publicaciones en revistas arbitradas
- Kozin VM, Pogorelov, AV Aerodeslizador anfibio resistente a las olas cuando se conduce sobre hielo. / Mecánica Aplicada y Física Técnica. - Novosibirsk: Editorial SB RAS. - 2003. - T. 44. - No. 2. - S. 49-55
- Kozin VM, Pogorelova AV Modelado matemático de la carga de choque de una capa de hielo sólido / / The Sixth (2004) ISOPE Pacífico / Asia Offshore Mechanics 12 al 16 de septiembre de 2004, Vladivostok Rusia
- Kozin VM, Pogorelova AV Modelado matemático de la carga de choque de una capa de hielo sólida // Revista internacional de ingeniería polar y marina (ISSN 1053-5381) Copyright © de la Sociedad Internacional de Ingenieros Polares y Marinos. Vol., 1916, núm. 1, marzo de 2005, págs. 1–4
- Kozin VM, Pogorelova AV Movimiento no estacionario de vehículos anfibios con colchón de aire en campos de hielo / / Séptimo (2006) Simposio de mecánica costa afuera de ISOPE Pacífico / Asia. Dalian, China, 17 al 21 de septiembre de 2006
Artículos en libros científicos y publicaciones periódicas.
- Kozin VM, Pogorelova AV Respuesta viscoelástica de una placa de hielo flotante a un SVPA en movimiento estacionario. En Sat "Lejano Oriente. Escuela-Seminario de Matemáticas. Acad. EV Zolotov. - Vladivostok: Izd Dalnvost. Press, 2003. - P. 117
- VM Kozin, AV Onischuk Investigación de uno de los problemas que surgen a la superficie de los submarinos en la capa de hielo. // Tecnologías modernas en la educación, la ciencia y la industria de la construcción naval., Nizhny Novgorod, Universidad Técnica Estatal de Novosibirsk, 2003
Publicaciones en actividades de investigación de materiales.
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- Kozin VM, Tereschenkova ES Análisis de las causas y métodos recomendados para destruir la congestión. Problemas de mecánica continua y problemas relacionados de la ingeniería mecánica: Sat. Informes de la Tercera Conferencia. Vladivostok, Komsomolsk del Amur, septiembre de 2004. Komsomolsk del Amur: IMiM FEBRAS, 2005, p. 130-133
- Kozin VM Lomakin NS Problemas descritos con los aerodeslizadores. Problemas de mecánica continua y problemas relacionados de ingeniería mecánica: Sat. Informes de la Tercera Conferencia. Vladivostok, Komsomolsk del Amur, septiembre de 2004. Komsomolsk del Amur: IMiM FEBRAS, 2005, pág. 134-137
- Kozin VM, Koloshenko JB Estudios experimentales de deformación de la capa de hielo causada por cargas en movimiento. Problemas de mecánica continua y problemas relacionados de la ingeniería mecánica: Sat. Informes de la Tercera Conferencia. Vladivostok, Komsomolsk del Amur, septiembre de 2004. Komsomolsk del Amur: IMiM FEBRAS, 2005, p. 138-142
enlaces externos
- http://www.griffonhoverwork.com/news/latest-news/ice-breaking-hovercraft.aspx Aerodeslizador Griffon8000 TD utilizado para romper el hielo en Canadá.