СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА Российский патент 2020 года по МПК E02B15/02 B63B35/08 B63G8/00 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом при всплытии в сплошном льду, т.е. путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) (1. В.М. Козин Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М. - Изд-во «Академия Естествознания». 2007. - 355 с.).

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными ИГВ определенной высоты, возбуждаемыми подводным судном (2. В.М. Козин, А.В. Онищук Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. - ПМТФ, Новосибирск. - Изд-во ВО «Наука». 1994. - №2, с. 78-91).

Известный способ осуществляется следующим образом. Судно всплывает на безопасную глубину и движется подо льдом с резонансной скоростью V_p, т.е. со скоростью, при которой высота возбуждаемых ИГВ максимальна.

Недостатком способа является ограниченность высоты ИГВ, т.е. их ледоразрущающей способности, которая при резонансной скорости судна определяется заглублением и водоизмещением последнего [2].

Также известно (3. Экспериментально-теоретические исследования зависимости параметров распространяющихся в плавающей пластине изгибно-гравитационных волн от условий их возбуждения. - В.М. Козин [и др.]; под общей редакцией В.М. Козина; ПТУ им. Шолом-Алейхема, АмГПГУ, ИМиМ ДВО РАН, Новосибирск. - Изд-во СО РАН. 2016. - 222 с.), что увеличить высоту ИГВ можно за счет создания благоприятной интерференции ИГВ, возбуждаемых двумя движущимися нагрузками.

Недостатком этого решения является невозможность использования для дополнительного увеличения высоты ИГВ вязкостного сопротивления (энергии попутного потока) судов.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение высоты ИГВ.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение

Ограничительные: ледяной покров разрушают подводным судном путем возбуждения во льду ИГВ при его движении подо льдом с резонансной скоростью.

Отличительные: при разрушении льда используют одновременно два судна, движущихся кильватерным строем на минимально безопасном расстоянии друг от друга и на одинаковом заглублении, при этом скорость заднего судна вначале уменьшают, а затем увеличивают до резонансной в момент расположения над ним подошвы изгибно-гравитационных волн, возбуждаемых передним судном, после этого его заглубление периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн увеличивают на величину, равную диаметру корпуса переднего судна, а затем уменьшают до первоначального значения.

Также известно (4. Г.Е. Павленко. Сопротивление воды движению судов. - М.: Морской транспорт, 1956. - 507 с.), что при движении судна за ним вследствие вязкости воды возникает попутный поток, т.е. струя поступательно движущейся за судном воды, а на смоченной поверхности судна - пограничный слой, т.е. слой жидкости, вовлекаемой в движение за счет сил трения. Эти силы возникают также благодаря вязкости воды (5. Г. Шлихтинг. Теория пограничного слоя. - М.: Наука, 1969. - 742 с.).

Известно (5. В.М. Козин, В.В. Скрипачев. Колебания ледяного покрова под действием периодически изменяющейся нагрузки/Журнал прикладной механики и технической физики. - Новосибирск.: Изд-во СО РАН. - 1992. - №5), что периодическое приложение к ледяному покрову вертикальной нагрузки с частотой резонансных ИВГ увеличивает прогибы льда по сравнению с ее стационарным приложением.

Способ осуществляется следующим образом

Под ледяным покровом на минимально безопасном друг от друга расстоянии и одинаковом заглублении начинают перемещать кильватерным строем два подводных судна с резонансной скоростью [1]. Если при возникновении благоприятной интерференции ИГВ, возбуждаемых судами [3], разрушения льда не произойдет, то скорость заднего судна вначале уменьшают, а затем увеличивают до резонансной в момент расположения над ним подошвы ИГВ, возбуждаемых передним судном (этот момент определяют при помощи судового эхолота). После этого заглубление (глубину погружения) заднего судна увеличивают на величину, равную диаметру корпуса переднего судна. В результате наложения поля скоростей пограничного слоя заднего судна на поле скоростей попутного потока переднего и указанному заглублению заднего судна возникает максимально несимметричное его обтекание. Средняя скорость потока воды над верхней поверхностью заднего судна станет больше, чем над ее нижней поверхностью, где отсутствует влияние попутного потока от переднего судна. Это, в соответствии с законом сохранения энергии (законом Бернулли), приведет к возникновению над верхней поверхностью заднего судна области пониженного давления. В результате глубина впадины (подошвы ИГВ) возрастет, что увеличит высоту возбуждаемых ИГВ. Если и это не приведет к разрушению ледяного покрова, то заглубление заднего судна начинают периодически с частотой резонансных ИГВ увеличивать на величину, равную диаметру корпуса переднего судна, а затем уменьшать до первоначального значения. Это приведет к периодически возникающей подо льдом области пониженного давления и соответствующему возбуждению в ледяном покрове дополнительной системы резонансных ИГВ. Поскольку область пониженного давления будет распространяться под впадиной ИГВ, возбуждаемых передним судном (основных ИГВ), то дополнительные резонансные ИГВ будут в фазе накладываться на основные. В результате возникнет их благоприятная интерференция (вершины и впадины совпадут), что приведет к увеличению высоты суммарных ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности.

Схема реализации изобретения поясняется чертежом.

Под ледяным покровом 1 на безопасном заглублении Н начинают перемещать с резонансной скоростью V_p переднее судно 2 и заднее судно 3. Если при возникновении благоприятной интерференции ИГВ 4 от движения судов разрушения ледяного покрова 1 не произойдет, то судну 3 увеличивают заглубление на FH=D (где D - диаметр судна 2). Возникающие пограничные течения 5 в пределах границ пограничных слоев 6 увеличивают за счет скорости попутного потока 7 переднего судна среднюю скорость потока над верхней поверхностью заднего судна. Давление в этой области Р₁ понизится по сравнению с Р₂, где отсутствует влияние попутного потока от переднего судна, что увеличит высоту ИГВ 8. Если и это не приведет к разрушению льда, то заглубление FH заднего судна 3 начинают периодически изменять с частотой резонансных ИГВ, что приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ 9. В результате суммарная высота ИГВ 10 возрастет, что позволит достичь заявленный технический результат.

Изобретение относится к ледокольным работам. Сущность изобретения: под ледяным покровом кильватерным строем на безопасном заглублении и расстоянии друг от друга перемещают два подводных судна с резонансной скоростью. Для увеличения высоты возбуждаемых при этом изгибно-гравитационных волн заглубление заднего судна периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн увеличивают на величину, равную диаметру корпуса переднего судна, а затем уменьшают до первоначального значения. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения льда. 1 ил.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью, отличающийся тем, что при разрушении льда используют одновременно два судна, движущихся кильватерным строем на минимально безопасном друг от друга расстоянии и на одинаковом заглублении, при этом скорость заднего судна вначале уменьшают, а затем увеличивают до резонансной в момент расположения над ним подошвы изгибно-гравитационных волн, возбуждаемых передним судном, после этого его заглубление периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн увеличивают на величину, равную диаметру корпуса переднего судна, а затем уменьшают до первоначального значения.