СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА Российский патент 2004 года по МПК B63B35/08 

Изобретение относится к судостроению, 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 (1. В.М.Козин, А.В.Онищук. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. – ПМТФ. - Новосибирск. – Наука. - 1994. - №2. - С.78-91), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью ν_p, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ максимальна.

Также известно техническое решение (2. RU 2170687 С1, 15.03.2000), в котором для повышения эффективности разрушения льда предлагается создавать под ледяным покровом в месте расположения впадины (подошвы) изгибно-гравитационной волны разрежения (области пониженного давления) посредством центробежных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна.

Недостатком способов является недостаточное увеличение амплитуды ИГВ, т.е. ледоразрушающей способности судна, при его движении с резонансной скоростью.

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 с резонансной скоростью.

Отличительные: под ледяным покровом создают область повышенного давления в месте расположения вершины изгибно-гравитационной волны посредством центростремительных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, при этом область повышенного давления создают периодически с частотой резонансных ИГВ посредством соответствующего периодического включения и отключения вращения крыльчатки, а продолжительность включений и отключений вращений крыльчатки равна полупериоду резонансных ИГВ.

Известно [1], что зарождение системы ИГВ происходит непосредственно над его источником (подводным судном). Поэтому вносимые в поток возмущения в области генерации ИГВ окажут прямое воздействие на процесс их развития. Поскольку первая вершина прогрессивных ИГВ формируются над корпусом судна [1], то появляется возможность воздействовать на реакцию упругого основания (воды) от деформирования ледяного покрова в пределах длины судна. Очевидно, что это воздействие должно быть направленно на изменение силы поддержания воды в районе вершины ИГВ, т.к. соответствующее изменение силы поддержания в этом месте вызовет увеличение амплитуды волны и соответствующий рост изгибных напряжений в ледяной пластине. В свою очередь это повысит эффективность разрушения льда подводным судном.

Также известно (3. Д.Е.Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. – 218 с.), что приложение периодической динамической нагрузки к ледяному покрову с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, значительно увеличивает деформации ледяного покрова по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при таких воздействиях возникают резонансные ИГВ.

Таким образом, если под вершиной ИГВ, возникших от поступательного движения подводного судна, т.е. основных резонансных ИГВ, создавать периодически соответственно область повышенного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных резонансных ИГВ.

Очевидно, что для достижения максимального периодического возрастания амплитуды суммарных ИГВ необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [3]

где D - цилиндрическая жесткость льда; ρ_л - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.

В этом случае при перемещении льда вверх от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вверх. А при перемещении льда вниз эти силы исчезают. Таким образом, возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью ν_p для возбуждения основных резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то включают крыльчатку, предварительно установленную в верхней части корпуса судна в наиболее вероятном месте расположения вершины ИГВ. Как показали опыты [1], это место практически не зависит от скорости судна заглубления и толщины льда и определяется лишь геометрией корпуса. По истечении времени Т/2, т.е. через полупериод резонансных ИГВ, крыльчатку останавливают. Повторное включение крыльчатки осуществляют также через полупериод Т/2, т.е. через время Т от момента первого включения, а значит с частотой резонансных ИГВ. Процесс включений и отключений вращений крыльчатки продолжают в течение всего времени выполнения ледокольных работ. Периодическое вращение крыльчатки в направлении, противоположном вращению рабочего колеса центробежного насоса, вызовет появление периодических центростремительных сил и соответствующей периодически возникающей области повышенного давления под ледяным покровом. Повышение давления под вершиной ИГВ с частотой резонансных ИГВ приведет к возбуждению во льду дополнительных резонансных ИГВ. Наложение дополнительных ИГВ на основные в фазе, т.е. при совпадении вершин и подошв ИГВ, вызовет их суммирование. В результате амплитуда суммарных ИГВ возрастет, что повысит эффективность разрушения льда.

На чертеже показана схема реализации изобретения.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении Н начинают перемещать подводное судно 2 со скоростью ν_р. Если амплитуда возбужденных основных резонансных ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова 1, то под первой вершиной 4 прогрессивных ИГВ 3 создают с частотой резонансных ИГВ область повышенного давления 5 за счет периодического вращения крыльчатки 6 с угловой скоростью ω и появления соответствующих центростремительных сил 7. Периодическое повышение давления под вершиной 4 приведет к возбуждению дополнительной системы резонансных ИГВ 8. Наложение дополнительных ИГВ 8 на основные 3 вызовет их суммирование (профиль волны 9), что повысит эффективность разрушения ледяного покрова 1 подводным судном 2.

Изобретение относится к судостроению, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Способ разрушения ледяного покрова заключается в том, что периодически создают область повышенного давления под вершиной изгибно-гравитационной волны за счет центростремительных сил, возбуждаемых крыльчаткой, расположенной в верхней части корпуса судна. Крыльчатку вращают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение полупериода этих волн. Достигается повышение эффективности разрушения ледяного покрова. 1 ил.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью, отличающийся тем, что под ледяным покровом создают область повышенного давления в месте расположения вершины изгибно-гравитационной волны посредством центростремительных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, при этом область повышенного давления создают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн посредством соответствующего периодического включения и отключения вращения крыльчатки, а продолжительность включений и отключений вращений крыльчатки равна полупериоду резонансных изгибно-гравитационных волн.