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 создании гидравлического удара по льду снизу посредством торможения подводного судна с одновременной подачей под лед в район вершины первого судна гребня волн (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 подачи воздуха под лед.

Отличительные: перед торможением под лед подают воздух из носовой части судна.

Известно (Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. - Л.: Судостроение, 1988 г. - 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 (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 из носовой части судна, т.е. в район, где только начинают формироваться ИГВ и ледяная поверхность еще несдеформирована (В.М.Козин, А.В.Онищук. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. - ПМТФ, Новосибирск: ВО Наука, 1994. - 2. - С. 78-81), то воздух начнет распространяется подо льдом на площади, протяженность которой в направлении движения судна будет превышать длину ИГВ. По мере развития ИГВ в направлении к корме судна воздух начинает концентрироваться под вершинами ИГВ, что при определенном расходе вызовет формирование воздушных полостей под несколькими вершинами ИГВ одновременно.

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 области воздушных полостей. Получив в результате этого дополнительную определенную скорость, массы воды вытеснят воздух и мгновенно остановятся при соударении с нижней поверхностью льда. Таким образом, произойдет концентрация потенциальной энергии давления и кинетической энергии воды при гидроударе под вершинами ИГВ, где сформировались воздушные полости. В результате ледоразрушающая способность судна возрастает, т.к. гидроудары будут воспринимать несколько вершин ИГВ одновременно, что увеличит кривизну льда.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью υ_p для возбуждения резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то из баллонов сжатого воздуха для продувки цистерн балласта подают воздух из носовой части судна, что приведет к образованию под вершинами ИГВ воздушных полостей, затем, например за счет реверса гребных винтов, судно резко останавливают. Попутный поток, сформировавшийся за судном при его поступательном движении, продолжая по инерции свое движение, встретит на своем пути 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. Одновременно с этим благодаря высокой сжимаемости воздуха по отношению к сжимаемости воды из области повышенного давления в корме устремится в направлении к воздушным полостям. Получив определенную дополнительную скорость, массы воды, обладая большой плотностью, чем воздух, вытесняют последний из-под вершин ИГВ и, двигаясь по инерции, мгновенно остановятся при соударении с нижней поверхностью льда. Таким образом, произойдет концентрация потенциальной и кинетической энергии воды при гидроударе под вершинами ИГВ, что вызовет увеличение деформаций льда, т.е. 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 υ_p, которое возбуждает систему резонансных ИГВ 3. Одновременно за судном вследствие вязкости воды образуется попутный поток 4.

Если амплитуда возбуждаемых волн 3 недостаточная для разрушения льда 1, то под лед из носовой части судна 2 подают воздух, а затем судно останавливают (например, за счет реверса гребного винта 5). Подача воздуха из носовой части судна формирует под вершинами ИГВ 3 воздушные полости 6. Попутный поток 4, продолжая по инерции свое поступательное движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна 2. Скорость потока 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 и, вследствие сжимаемости воздуха в полостях 6, вызовет движение масс воды 8 в направлении к воздушным полостям 6. При соударении масс воды 8 с нижней поверхностью льда 1, действии на лед повышенного давления, возникшего в области 7, 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 в районе кормы судна, профиль которой будет представлен кривой 10. Рост амплитуды ИГВ 10 приведет к увеличению эффективности разрушения ледяного покрова 1.

Изобретение относится к средствам, обеспечивающим навигацию в замерзающих бассейнах. При движении судна 2 подо льдом 1 с резонансной скоростью возбуждают изгибно-гравитационные волны 3, из носовой части судна 2 под лед подают воздух, формируя воздушную полость 6, затем судно 2 тормозят. Попутный поток 4, продолжая по инерции движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна 2, что приведет к появлению области повышенного давления 7. При соударении масс воды 8 со льдом 1, действии на лед повышенного давления, возникшего в области 7, произойдут гидроудары, которые вызовут во льду 1 волны вспучивания 9. 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, создания гидравлического удара по льду снизу посредством торможения подводного судна и подачи под лед воздуха, отличающийся тем, что перед торможением под лед подают воздух из носовой части судна.