СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА Российский патент 2003 года по МПК B63B35/08 E02B15/02 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду.

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми подводным судном при его движении, и создания гидравлического удара по льду снизу посредством торможения подводного судна с одновременной подачей воздуха в район вершины первого за кормой судна гребня волн (1. RU 2161578 C1, 07.02.2000).

Недостатком способа является его ограниченная ледоразрушающая способность, т.е. недостаточная амплитуда возбуждаемых ИГВ.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды ИГВ.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ, при его движении и создании гидравлического удара по льду снизу посредством торможения подводного судна и подачей под лед из корпуса судна.

Отличительные: перед началом торможения воздух подают в район кормы судна для формирования за судном воздушной полости.

Известно (2. см.Войткунский Я.И. Сопротивление воды движению судов. Л.: Судостроение, 1988. - 288 с.), что при движении тела в жидкости за ним вследствие вязкостных свойств жидкости и из-за отрыва пограничного слоя образуется попутный поток, т.е. струя поступательно движущейся за телом жидкости. Скорость в этом потоке в районе кормовой оконечности тела примерно равна скорости тела. Если тело, т.е. подводное судно, резко затормозить, то попутный поток, продолжая свое поступательное движение по инерции, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к скачкообразному уменьшению скорости попутного потока и, как известно из курса гидравлики (см.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидропроводы. М.: Машиностроение. - 1982. 424 с.), к гидроудару, т.е. резкому повышению давления в районе кормы судна. Наложение этого давления на давление на нижнюю поверхность ледяного покрова от волновых колебаний воды приведет к увеличению деформаций льда, т.е. амплитуды ИГВ. Если перед торможением судна под лед подать воздух в район кормы судна, то за судном возникнет воздушная полость. Благодаря высокой сжимаемости воздуха по отношению к сжимаемости воды вода из области повышенного давления, возникшей в корме при торможении судна, устремится в направлении наименьшего гидравлического сопротивления, т.е. в область воздушной полости. Получив в результате этого определенную дополнительную скорость, массы воды вытеснят воздух и мгновенно остановятся при соударении с судном. Таким образом, произойдет концентрация потенциальной энергии давления и кинетической энергии воды при гидроударе, выброс которой будет направлен в наиболее податливом направлении, т.е. в направлении перемещающихся вверх масс воды под вершинами нескольких ИГВ. В результате ледоразрушающая способность судна возрастет.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью v_p для возбуждения резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судно, например, за счет реверса гребных винтов резко останавливают. При этом перед началом торможения судна под лед из баллонов сжатого воздуха для продувки цистерн главного балласта подают воздух в район кормы судна, что приведет к образованию за кормой воздушной полости. Попутный поток, сформировавшийся за судном при его поступательном движении, продолжая по инерции свое движение, встретит на своем пути воздушную полость, что вызовет его ускорение, а затем после ее прохождения - препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к скачкообразному увеличению давления в районе кормы судна. Вследствие несжимаемости воды это давление мгновенно передастся во всех направлениях, в том числе и на нижнюю поверхность ледяного покрова в районы вершин ИГВ, что вызовет увеличение деформаций льда, т.к. гидроудар воспримут несколько вершин ИГВ. В результате амплитуда ИГВ, а следовательно, и их ледоразрушающая способность возрастут.

Изобретение поясняется чертежом, где показана схема деформирования ледяного покрова от возбуждаемых ИГВ и действия гидроудара.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении Н начинает движение подводное судно 2 со скоростью v_p которое возбуждает систему резонансных ИГВ 3. Одновременно за судном вследствие вязкости воды образуется попутный поток 4.

Если амплитуда возбуждаемых волн 3 недостаточна для разрушения льда 1, то судно 2 резко останавливают (например, за счет реверса гребного винта 5). При этом перед началом торможения судна 2 под лед 1 подают воздух, который формирует за кормой судна воздушную полость 6. Попутный поток 4, продолжая по инерции свое поступательное движение, встретит на своем пути вначале воздушную полость 6, а затем препятствие в виде остановившегося судна 2. Скорость потока в начале резко увеличится, а затем после удара о корпус судна 2 резко уменьшится, что приведет к появлению в районе кормы судна области повышенного давления 7. Поскольку воду при реальных скоростях эксплуатации судов можно считать несжимаемой, то это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность льда 1, т.е. вызовет движение масс воды 8 в направлении к вершинам ИГВ 3. При соударении масс воды 8 с нижней поверхностью льда 1 произойдут гидроудары, которые вызовут во льду 1 волны вспучивания 9. Наложение этих волн 9 на ИГВ 3 приведет к увеличению суммарных деформаций льда, т.е. к увеличению амплитуды волн, профиль которых будет представлен кривой 10. Рост амплитуды ИГВ приведет к увеличению эффективности разрушения ледяного покрова 1.

Изобретение относится к ледокольным работам. Сущность изобретения: подводное судно (2) перемещают подо льдом (1) с резонансной скоростью, возбуждая во льду резонансные изгибно-гравитационные волны (3), затем подают воздух в район кормы судна (2) для формирования за судном воздушной полости (6), после чего судно тормозят. Попутный поток (4), продолжая по инерции свое поступательное движение, встретит на своем пути сначала воздушную полость (6), а затем препятствие в виде остановившегося судна (2), что приведет к появлению в районе кормы судна области повышенного давления (7). Изобретение позволяет повысить эффективность воздействия на ледяной покров. 1 ил.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении и создания гидравлического удара по льду снизу посредством торможения подводного судна и подачи воздуха под лед из корпуса судна, отличающийся тем, что перед началом торможения воздух подают в район кормы судна для формирования за судном воздушной полости.