Investigation of the variability of local ice strength by exposure to the spectrum of infrared radiation of various lengths

• Main Authors: Lysyy, Andrey, Ivanov, Oleksander, Kotenko, Vitaliy
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English; Russian
• Published: Private company "Technology Center" 2019
• Subjects: winter navigation; infrared radiation; ice absorption spectrum; vessel capability; laser ice cutting; UDC 656.61.08; зимняя навигация; инфракрасное излучение; спектр поглощения льда; проходимость судна; резка льда струей воды; лазерная резка льда; УДК 656.61.08; зимова навігація; інфрачервоне випромінювання; спектр поглинання льоду; прохідність судів; лазерне різання льоду; Arctic; Dikson
• Online Access: http://journals.uran.ua/tarp/article/view/177298

The object of research is the interaction of the infrared radiation spectrum with ice. The work is aimed at determining this interaction in order to ensure the safe passage of the route by ice-class vessels independently or as part of a caravan during the winter navigation period, in the freezing waters of non-Arctic seas and rivers, as planned and without delays. To solve this problem, in the course of the study, similarity coefficients equal to those calculated were used, and temperature intervals were determined corresponding to the selected discrete intervals of ice thickness. The processing of laboratory test data was reduced to statistical analysis, the purpose of which was to determine the statistical characteristics of the studied quantities. As well as the establishment of correlation between the studied values and the assessment of the strength characteristics of low-supply ice. This is due to the aim of establishing regressive relationships between the strength limits of ice and its temperature, salinity, and density. To solve a similar problem, various scientific groups conducted field studies and tests with the Dikson icebreaker (Russia) for cutting ice with a jet of temperature-activated water or laser radiation with a power of 30 to 200 kW, which is transmitted via an optical fiber cable. Compared with the considered methods, which have disadvantages in the following:– mobility of devices;– weight of devices;– uninterrupted supply of the emitter with a sufficiently large power for an indefinite time;– formation of boiling water, which is formed during laser cutting of ice, which, in turn, at negative outside air temperatures, leads to a rapid coalescence of the section, which becomes much stronger;– laser-cut pieces of ice within the channel will go under the vessel. In the presence of shallow depths, this may stop the movement of the vessel or create a risk of damage to the hull. Thanks to the research results, it is possible to create an experimental self-propelled automated installation for the destruction of ice in freezing waters and on approach channels to the port, which allows:– soften the ice at the first stage of work;– at the second – cut it;– at the third – turn it into water. Объектом исследования является воздействие инфракрасного излучения, разной длины волны на лед и определение изменений его характеристик. Данная работа была направлена на определение этих изменений для возможности безопасного прохождения маршрута судами ледового класса самостоятельно или в составе каравана в период зимней навигации, в замерзающих акваториях неарктических морей и рек, планируемо и без задержек. Для решения этой задачи в ходе исследования использовались коэффициенты подобия, равные рассчитанным, и определялись температурные интервалы, соответствующие выбранным дискретным интервалам толщины льда. Обработка данных лабораторных испытаний сводилась к статистическому анализу, целью которого являлось определение статистических характеристик исследуемых величин. А также установление корреляционных связей между исследуемыми величинами и оценкой значений прочностных характеристик льда малой обеспеченности. Это связанно с целью установления регрессивных зависимостей, связывающих пределы прочности льда и его температуру, соленость, а также плотность. Для решения аналогичной задачи различными научными группами проводятся натурные исследования и испытания по резке льда струёй температурно-активированной воды или лазерным излучением на ледоколе «Диксон» (Россия) мощностью от 30 до 200 кВт, которое передаётся по оптико-волоконному кабелю. Рассмотренные способы имеют определенные недостатки в следующем:– мобильность устройств;– вес устройств;– бесперебойное обеспечение излучателя достаточно большой мощностью в течении неопределенного времени;– образование кипящей воды, которая образуется при лазерной резке льда, что, в свою очередь, при отрицательных наружных температурах воздуха, приводит к быстрому срастанию места разреза, которое становится намного прочнее и обмерзанию корпуса;– порезанные лазером куски льда в границах канала будут уходить под судно. При наличии малых глубин это может остановить движение судна или создать угрозу повреждения корпуса судна. Благодаря результатам проводимых исследований возможно создание экспериментальной самоходной комбинированной автоматизированной установки для разрушения льда замерзающих акваторий и на подходных каналах к порту, которая позволяет:– на первом этапе работы размягчать лед;– на втором – его резать;– на третьем этапе превращать его в воду. Об'єктом дослідження є взаємодія спектру інфрачервоного випромінювання з льодом. Робота була спрямована на визначення цієї взаємодії для можливості безпечного проходження маршруту судами льодового класу самостійно або в складі каравану в період зимової навігації, в замерзаючих акваторіях неарктичних морів і річок, плановано і без затримок. Для вирішення цього завдання в ході дослідження використовувалися коефіцієнти подібності, рівні розрахованим, і визначалися температурні інтервали, відповідні обраним дискретним інтервалам товщини льоду. Обробка даних лабораторних випробувань зводилася до статистичного аналізу, метою якого є визначення статистичних характеристик досліджуваних величин. А також встановлення кореляційних зв'язків між досліджуваними величинами і оцінкою значень міцності льоду малої забезпеченості. Це пов'язано з метою встановлення регресивних залежностей, що пов'язують межі міцності льоду і його температуру, солоність, а також щільність. Для вирішення аналогічної задачі різними науковими групами проводилися натурні дослідження і випробування криголамом «Діксон» (Росія) з різання льоду струменем температурно-активованої води або лазерним випромінюванням потужністю від 30 до 200 кВт, яке передається по оптико-волоконному кабелю.У порівнянні з розглянутими способами, які мають недоліки в наступному:– мобільність пристроїв;– вага пристроїв;– безперебійне забезпечення випромінювача досить великою потужністю протягом невизначеного часу;– отримання киплячої води, яка утворюється при лазерному різанні льоду, що, в свою чергу, при низьких зовнішніх температурах повітря забезпечує швидке зрощення місця розрізу, яке стає набагато міцніше;– порізані лазером шматки льоду в межах каналу будуть йти під судно. При наявності малих глибин це може зупинити рух судна або створити загрозу пошкодження корпусу судна. Завдяки результатам досліджень є можливим створення експериментальної самохідної автоматизованої установки для руйнування льоду замерзаючих акваторій і на підхідних каналах до порту, яка дозволяє:– на першому етапі роботи раз'мягчати лід;– на другому – його різати;– на третьому етапі – перетворювати його в воду.