СПОСОБ ОСЛАБЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ИЛИ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДОВОГО ПОКРОВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B63G8/41 

Изобретение относится к подводной морской технике и может быть использовано при создании подводных плавсредств, предназначенных для работы в районах, где может иметь место устойчивый ледяной покров (Арктические, Антарктические и др. районы).

Известны различные способы разрушения ледяного покрова на основе механического, теплового, химического и др. воздействия (см. например Богородский В. В. Гаврило В. П. Недошивин О.А. "Разрушение льда" Л. Гидрометеоиздат, 1983). Наиболее простыми и относительно легко реализуемыми являются методы, основанные на механическом воздействии на ледяной покров (раскалывание, разламывание, резка и т.п.). Такие методы широко практикуются при разрушении льда с плавучих или иных средств, находящихся на поверхности моря. Вместе с тем представляет большой интерес обеспечение возможности разрушения льда из-под воды с помощью устройств, размещенных на подводных плавсредствах. Актуальность и важность решения такой задачи обусловлены все большим расширением работ по освоению Мирового океана в районах высоких широт, где в течение значительного времени имеет место ледяной покров, и, в частности необходимостью иметь достаточно надежные средства, позволяющие спасать людей с аварийных плавсредств, находящихся подо льдом.

Известен способ механического разрушения льда с подводного плавсредства с помощью взрывного устройства (см. изобретение США N 3791296 "Взрывное устройство для разрушения льда"). По этому изобретению для разрушения льда при взрыве и образования полыньи для всплытия подводной лодки из ее торпедного аппарата выпускается всплывающее взрывное устройство, которое содержит корпус, поплавок, закрепленный с возможностью отсоединения на одном из концов корпуса, придающий устройству положительную остаточную плавучесть и вызывающий всплытие устройства на поверхность. Взрывное устройство содержит заряд взрывчатого вещества, размещенный в его корпусе, гидростатический переключатель и приводимый им в действие замедлитель срабатывания взрывного устройства, источник электроэнергии, электропиропатрон, систему, обеспечивающую стабилизацию положения и подвешивания устройства на поплавке на глубине нескольких метров подо льдом, систему подрыва взрывчатого вещества и др.

Выпущенное из торпедного аппарата такое устройство, замедлив свое движение, всплывает под лет и висит на поплавке на расстоянии нескольких метров от него. После чего производится подрыв взрывчатого вещества и разрушение взрывом ледяного покрова.

Применение описанного известного устройства может быть принято за прототип предлагаемого решения.

Однако несмотря на то, что способ разрушения льда с помощью взрыва сам по себе представляется достаточно эффективным, он вместе с тем обладает рядом существенных недостатков:
для реализации его с подводного плавсредства требуется применение довольно дорогостоящего и сложного устройства, включающего в себя большое количество взаимодействующих механических и электрических узлов, обеспечение высокой надежности которых представляется труднорешаемой задачей;
устройство безвозвратно уничтожается при его использовании, что, в свою очередь, обуславливает необходимость иметь на плавсредстве запас таких устройств и соответствующее место для их хранения;
возможность использования описанного в прототипе устройства с плавсредства гражданского назначения затруднительно, так как из-за отсутствия штатных торпедных аппаратов потребуется установка на нее специальных пусковых установок и обеспечение возможности безопасного хранения в корпусе плавсредства взрывоопасных объектов;
способ разрушения льда взрывом сопряжен с неблагоприятными для окружающей среды экологическими последствиями, обусловленными как непосредственным воздействием ударной волны, так и воздействием химических веществ, образующихся при взрыве.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков прототипа и создание высокоэффективного более дешевого и надежного способа ослабления прочности для разрушения ледового покрова для обеспечения возможности всплытия подводного плавсредства без вредных экологических последствий для окружающей среды.

Указанный технический результат достигается тем, что пробойнику придают положительную остаточную плавучесть и, выпуская его с пласредства, разгоняют под действием подъемной силы, обусловленной этой остаточной плавучестью, до скорости движения, достаточной для накопления всплывающим пробойником необходимого для ослабления прочности или разрушения ледового покрова при ударе о него пробойника запаса кинетической энергии.

Устройство для реализации данного способа (пробойник), с целью снижения его массогабаритных и стоимостных характеристик, выполнено в виде удобообтекаемого тела вращения с полым проницаемым корпусом и упрочненной головной частью, причем в нижней (хвостовой) части проницаемого корпуса предусмотрено отверстие для ввода в него размещенного на плавсредстве патрубка подачи сжатого газа от системы его хранения для продувания пробойника (выдавливания из его корпуса воды для придания ему перед запуском с плавсредства положительной остаточной плавучести.

Для повышения без дополнительных энергозатрат эффективности пробойника благодаря увеличению максимальной скорости его движения за счет использования эффекта "газовой" смазки" на нижнем участке головной части пробойника для обеспечения выхода из корпуса расширяющегося при всплытии пробойника сжатого газа по периметру поперечного сечения в обшивке корпуса выполнены отверстия, изнутри корпуса закрытие кольцевым газосборником (коллектором), оснащенным газозаборными трубками. Верхние концы газозаборных трубок жестко связаны с газосборником, а нижние концы выведены в нижнюю хвостовую часть полого корпуса пробойника. Для обеспечения ввода в полый корпус пробойника патрубка подачи сжатого газа (воздуха) и выхода забортной воды при выдавливании ее сжатым газом в (хвостовой) нижней части корпуса пробойника предусмотрено отверстие, оборудованное поплавковым клапаном, предназначенным для закрытия отверстия после выхода из корпуса пробойника забортной воды и для предотвращения выхода через это отверстие сжатого газа (воздуха), который, расширяясь при всплытии, по газосборным трубкам попадает в газосборник (коллектор) и далее через отверстия в обшивке нижнего участка головной части пробойника подается на его наружную поверхность.

Распространяясь по поверхности движущегося пробойника, пузырьки газа, создавая эффект "газовой смазки", способствуют снижению сопротивления движению, обусловленного трением воды, и увеличению скорости движения, а, следовательно, и кинетической энергии пробойника, которая при ударе об лед используется для его разрушения.

Таким образом, данный способ ослабления прочности или разрушения ледового покрова отличается от всех известных решений в этой области применением всплывающего пробойника, имеющего полый проницаемый корпус, продуваемый сжатым газом (например, воздухом). Тем самым пробойнику придают положительную остаточную плавучесть, необходимую для его всплытия и разгона до расчетной скорости. Кроме того, расширяющийся при всплытии газ создает эффект "газовой смазки", попадая на наружную поверхность корпуса пробойника по газосборным трубкам и через коллектор, что повышает эффективность его работы.

Этот способ позволяет снизить стоимость и повысить надежность операции по разрушению ледового покрова без вредных экологических последствий.

Изобретение поясняется чертежами, где изображено: на фиг. 1 продольный разрез пробойника, установленного на подводном объекте; на фиг. 2 продольный разрез пробойника в момент всплытия с подводного объекта после продувания пробойника сжатым газом; на фиг. 3 общий вид пробойника в момент всплытия к ледовой поверхности; на фиг. 4 общий вид пробойника в момент удара о ледовый покров.

Для осуществления способа ослабления прочности и разрушения ледового покрова для обеспечения возможности всплытия подводного плавсредства 1 служит установленное на нем всплывающее устройство пробойник, включающий удобообтекаемый полый корпус 2, головная часть которого 3 выполнена упрочненной. На нижнем участке головной части 3 корпуса 2 пробойника по периметру поперечному сечения в обшивке корпуса 2 выполнены отверстия 4, изнутри корпуса 2 закрытые кольцевым газосбоpником 5 (коллектором), оснащенным газосборными трубками 6. Верхние концы трубок 6 жестко связаны с газосборником 5, а нижние (свободные) концы выведены в нижнюю хвостовую часть полого корпуса 2 пробойника. В хвостовой части корпуса 2 пробойника предусмотрено концевое отверстие 7, оснащенное поплавковым клапаном 8. Подводное плавсредство оборудовано устройством хранения и подачи сжатого газа (воздуха) 9, имеющее выводящий патрубок 10.

Способ ослабления прочности или разрушения ледового покрова для обеспечения возможности всплытия подводного плавсредства осуществляется следующим образом.

Порция сжатого газа (воздуха), выбранная исходя из конкретных условий из устройства его хранения 9 подается по патрубку 10 во внутрь полого корпуса 2 пробойника. Сжатый газ (воздух) выдавливает забортную воду из внутренней полости корпуса 2 пробойника через концевое отверстие 7, газоотводные трубки 6 и отверстия 4. По окончании процесса выдавливания забортной воды срабатывает поплавковый клапан 8, перекрывающий концевое отверстие 7. Пробойник приобретает положительную остаточную плавучесть и начинает всплывать, постепенно разгоняясь до заданной скорости установившегося движения. Сжатый газ, выдавившийся забортную воду из корпуса 2 пробойника на первоначальной глубине нахождения подводного плавсредства 1, в процессе всплытия начинает расширяться. Расширяющийся сжатый газ (воздух) по газоотводным трубкам 6, свободные концы которых выведены в нижнюю (хвостовую) часть полого корпуса 2, попадает в кольцевой газосборник (коллектор) 5. Из коллектора 5 расширяющийся газ через отверстия 4 в обшивке корпуса 2 выходит наружу в головной части 3 пробойника и обтекает его наружную поверхность. Создается эффект "газовой смазки", способствующий увеличению скорости движения пробойника и кинетической энергии удара. Разогнавшееся всплывающее устройство пробойник ударяет по ледовому покрову, ослабляя тем самым его прочность или пробивная полынью, в которую затем всплывает подводное плавсредство 1.

Предложение относится к подводной морской технике и может быть использовано при создании подводных плавсредств, предназначенных для работы в районах, где может иметь место устойчивый ледовый покров. Целью предложения является обеспечение возможности создания высокоэффективного, более дешевого и надежного (по сравнению с известным) способа ослабления или разрушения ледового покрова для обеспечения возможности всплытия подводного плавсредства из-подо льда без вредных экологических последствий для окружающей среды. В предлагаемом способе применено устройство для ослабления прочности или разрушения ледового покрова (пробойник), которому придают положительную остаточную плавучесть, выпускают с плавсредства, разгоняют под действием подъемной силы до скорости движения, достаточной для накопления всплывающим пробойником необходимого для ослабления прочности или разрушения ледового покрова при ударе о него пробойника запаса кинетической энергии. Пробойник выполнен в виде удобообтекаемого тела вращения с полым проницаемым корпусом и упроченной головной частью. В нижней (хвостовой) части корпуса предусмотрено отверстие для ввода в него размещенного на плавсредстве патрубка подачи сжатого газа. На нижнем участке головной части пробойника для обеспечения выхода из корпуса расширяющегося при всплытии газа по периметру поперечного сечения в обшивке корпуса выполнены отверстия, закрытые изнутри общим коллектором, от которого газосборные трубки проложены к нижней части полого корпуса пробойника. Расширяющийся газ выходит из отверстий в корпусе пробойника, образуя газовую смазку, что снижает сопротивление всплывающего пробойника и увеличивает скорость его движения. Сливное отверстие устройства оборудовано поплавковым клапаном. 2 н.п. ф-лы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ ослабления прочности или разрушения ледового покрова путем динамического воздействия на нижнюю поверхность запускаемого с подводного плавсредства пробойника, обладающего запасом кинетической энергии, отличающийся тем, что перед запуском пробойника ему придают положительную плавучесть путем замещения воды сжатым газом, а запуск производят отделением упомянутого пробойника от плавсредства для свободного всплытия последнего. 2. Устройство для ослабления прочности или разрушения ледового покрова, содержащее пробойник, установленный на подводном плавсредстве с возможностью отделения от последнего, отличающееся тем, что пробойник выполнен с обтекаемым полым проницаемым корпусом, имеющим форму тела вращения, при этом хвостовая часть выполнена с отверстием для соединения с размещенным на плавсредстве патрубком подачи сжатого газа в корпус пробойника. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на нижнем участке головной части пробойника по периметру поперечного сечения его корпуса выполнены отверстия для выхода сжатого газа, а на внутренней части корпуса установлен коллектор, оснащенный газосборными трубками, причем верхний конец каждой трубки жестко связан с коллектором, а нижний конец расположен в хвостовой части упомянутого корпуса, при этом устройство снабжено запорным клапаном, перекрывающим отверстие для соединения с патрубком подачи сжатого газа.