hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-761Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREИсследование влияния формы корпуса подводного судна на эффективность разрушения ледяного покрова изгибно-гравитационными волнамиStudy of Influence of The Submarine Vessel’s Form on The Effectiveness of The Ice Cover Failure by Flexural-Gravity WavesЗемлякВ. Л.ZemlyakV. L.

Биробиджан

Birobidzhan

vellkom@list.ruПогореловаА. В.PogorelovaA. V.

Комсомольск-на-Амуре

Komsomolsk-on-Amur

КозинВ. М.KozinV. M.

Комсомольск-на-Амуре

Komsomolsk-on-Amu

БауринН. О.BaurinN. O.

Биробиджан

Birobidzhan

Приамурский государственный университет имени Шолом-АлейхемаРоссияSholom-Aleichem Priamursky State UniversityRussian FederationИнститут машиноведения и металлургии ДВО РАНРоссияInstitute of Machining and Metallurgy, FEB RASRussian Federation201516112022826674Copyright © Земляк В.Л., Погорелова А.В., Козин В.М., Баурин Н.О., 20222022Земляк В.Л., Погорелова А.В., Козин В.М., Баурин Н.О.Zemlyak V.L., Pogorelova A.V., Kozin V.M., Baurin N.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/761

Представлено экспериментальное и теоретическое исследование влияния особенностей формы корпуса подводного судна (относительного удлинения и водоизмещения) на эффективность разрушения ледяного покрова изгибно-гравитационными волнами. Эксперименты проводились в опытовом ледовом бассейне размерами L×B×H = 10×3×1 м с использованием моделей подводных судов в масштабе 1:100. Модель ледяного покрова приготавливалась путем намораживания льда заданной толщины естественным холодом. Для проведения опытов была спроектирована и изготовлена необходимая оснастка и сформирован измерительный комплекс для регистрации колебаний модельного льда. В процессе буксировки моделей определялась скорость их движения, и записывались профили взволнованной поверхности льда. В ходе экспериментов анализировалась кривизна возбуждаемых изгибно-гравитационных волн, т. е. отношение прогибов к длине волны и возможность полного разрушения ледяной пластины. В теоретической части работы использовались ранее полученные аналитические интегральные зависимости для расчета прогибов плавающей упругой пластины при прямолинейном нестационарном движении тонкого почти осесимметричного тела вблизи поверхности раздела вода-пластина. Достоверность расчетов подтверждена путем сопоставления результатов с данными экспериментов разрушения естественного льда изгибно-гравитационными волнами. Полученные результаты показывают, что волнообразование в ледяном покрове и эффективность его разрушения существенно зависят от относительного удлинения и водоизмещения погруженного тела, а также скорости его перемещения и глубины погружения.

The paper is devoted to the experimental and theoretical research of the influence of peculiarities of the form of a submarine vessel (depending on its lengthening and displacement) on the efficiency of breaking ice cover by flexuralgravity waves. The experiments were carried out in a natural fresh-water pond with the following parameters L×B×H = 10×3×1 m using model underwater vessels (a scale of 1:100). The model ice cover of necessary thickness was prepared by natural freezing. The necessary equipment was designed and made for the experiments to be carried out and a measuring complex for registration of deflections of model ice was formed. By towing the model SV its velocity was determined and the profiles of deflections in the ice cover were registered. In the course of experiments the curve caused by flexural-gravity waves was studied, namely the attitude of deflection to the lengths and amplitudes and the possibility of complete destruction of the ice plate. In the theoretical part of the work previously received analytical integral dependence is referred to, to calculate the deflection of the floating plate with rectilinear unsteady motion of a slender and almost axisymmetric body near the water surface. The authenticity of calculations is proved by the comparison of the results with experiments data of ice breaking by flexural-gravity waves. The results show that wave formation in the ice cover and the efficiency of its destruction essentially depend on relative lengthening and displacement of an underwater body as well as on the speed of its motion and the depth of its immersion.

подводное судноледизгибно-гравитационные волныflexural-gravity wavesiceelastic platecritical velocityРабота выполнена в рамках проекта № 487 задания на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания вузу № 2014/422ReferencesSquire V. A. Synergies between VLFS Hydroelasticity and Sea Ice Research // Int. J. Offshore Polar Eng. 2008. V. 18, N. 4. P. 241–253.Squire V. A. Synergies between VLFS Hydroelasticity and Sea Ice Research. Int. J. Offshore Polar Eng. 2008, 18(4), 241–253.Squire V. A., Hosking R. J., Kerr A. D., Langhorne P. J. Moving Loads on Ice Plates. Kluwer: Academic Publishers, 1996.Squire V. A., Hosking R. J., Kerr A. D. Moving Loads on Ice Plates. Kluwer, Academic Publishers, 1996.Стурова И. В. Движение погруженной сферы в жидкости под ледяным покровом // Прикладная математика и механика. 2012, Т. 76, № 3. С. 406–417.Sturova I. V. The motion of a submerged sphere in a liquid under an ice sheet. J. of Applied Mathematics and Mechanics. 2012, 76(3), 293–301.Коробкин А. А., Костиков В. К., Макаренко Н. И. Движение эллиптического цилиндра под ледовым покровом // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Математика, механика, информатика. 2012. Т. 12, № 4. С. 76–81.Korobkin A. A., Kostikov V. K., Makarenko N. I. The Motion of Elliptic Cylinder Under Ice Cover. Vestnik Novosibirskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya Matematika, Mekhanika, Informatika. 2012, 12(4), 76–81.(in Russian).Козин В. М., Онищук А. В., Марьин Б. Н. Ледоразрушающая способность изгибно-гравитационных волн от движения объектов. Владивосток: Дальнаука, 2005. 191 с.Kozin V. M., Onishchuk A. V. et al. Ice-Breaking Capacity of Flexural-Gravity Waves Produced by Motion of Objects. Vladivostok, Dal’nauka. 2005, 191 p. (in Russian).Козин В. М., Чижиумов С. Д., Земляк В. Л. Исследования влияния ледовых условий на эффективность резонансного метода разрушения ледяного покрова, реализуемого подводными судами // Прикладная механика и техническая физика. 2010. Т. 51, № 3. С. 118–125.Kozin V. M., Chizhumov S. D., Zemlyak V. L. Influence Ice Conditions on The Effectiveness of The Resonans Method of Breakinq Ice Cover by Submarines. J. of Applied Mechanics and Technical Physics. 2010, 51(3), 398–404.Козин В. М., Земляк В. Л. Безопасность всплытия подводного судна в сплошных льдах в условиях мелководья // Безопасность жизнедеятельности. 2010. № 10. С. 6–9.Kozin V. M., Zemlyak V. L. Safety Emersion of Submarine in Compact Ice Under Shallow. Bezopasnost’ Zhiznedeatel’nosti. 2010, 10, 6–9. (in Russian).Земляк В. Л., Козин В. М., Петросян Г. В. Исследование возможности всплытия подводных судов в ледяном покрове при ограниченной глубине акватории // Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема. 2013. Т. 13, № 2. С. 51–65.Zemlyak V. L., Kozin V. M., Petrosyan G. V. Study of The Possibility of Ascent Submarine Vessels in The Ice Cover at The Limited Water Depth. Vestnik Priamurskogo Gosudarstvennogo Universiteta imeni Sholom-Aleichema. 2013, 13(2), 51–65 (in Russian).Земляк В. Л., Курбацкий Д. А., Баурин Н. О. Лаборатория «Ледотехники» // Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема. 2013. Т. 12, № 1. С. 75–84.Zemlak V. L., Kurbatskiy D. A., Baurin N. O. Laboratory «Ice Technology». Vestnik Priamurskogo Gosudarstvennogo Universiteta imeni Sholom-Aleichema. 2013, 12(1), 75–84 (in Russian).Войткунский Я. И. Справочник по теории корабля. Л.: Судостроение. 1985. 584 с.Voytkunsky J. I. Handbook of ship theory. St.-Petersburg, Shipbuilding, 1985. 584 p. (in Russian).Степанюк И. А. Технологии испытаний и моделирования морского льда. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 2001. 78 с.Stepanyk I. A. Technologies of Testing and Modeling of Sea Ice. St.-Petersburg, Gidrometeoizdat, 2001. 78 p. (in Russian).Lewis J. W. Recent Development in Physical Ice Modeling // Offshore Technol. Conf. Houston. 1982. Vol. 4. P. 493–498.Lewis J. W. Recent Development in Physical Ice Modeling. Offshore Technol. Conf. Houston. 1982, 4, 493–498.Погорелова А. В., Козин В. М., Земляк В. Л. Движение тонкого тела в жидкости под плавающей пластиной // Прикладная механика и техническая физика. 2012. Т. 53, № 1. С. 32–44.Pogorelova A. V., Kozin V. M., Zemlyak V. L. Motion of a Slender Body in a Fluid Under a Floating Plate. J. of Applied Mechanics and Technical Physics. 2012, 53(1), 27–37.Хейсин Д. Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 216 с.Kheisin D. E. Dynamics of Ice Cover. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1967. 216 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.