Способ разрушения ледяного покрова Российский патент 2020 года по МПК B63B35/08 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты / М.: Изд-во «Академия Естествознания» , 2007.- 355 с. ISBN 978-5-91327-017-7).

Известно техническое решение, принятое в качестве прототипа (2. RU 2231466 С1, 27.06.2004), в котором для разрушения ледяного покрова путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) используется подводное судно. На верхней поверхности его корпуса в носовой оконечности устанавливают упругое покрытие.

Недостатком решения является недостаточная амплитуда возбуждаемых им ИГВ, т.е. его ледоразрушающая способность.

Сущность изобретения заключается в разработке способа, увеличивающего амплитуду ИГВ, возбуждаемых при поступательном движении подводного судна.

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

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при котором на корпусе судна на верхней поверхности его носовой оконечности устанавливают упругое покрытие.

Отличительные: покрытие периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн закрывают и обнажают при помощи экрана на время, равное половине периода этих волн.

Известно (3. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. - Л.: Судостроение, 1998. - 288 с.), что практически на всей судовой поверхности при движении судна формируется турбулентный пограничный слой. Если же на каком-либо участке поверхности ламинизировать режим обтекания, то это приведет к увеличению скорости движения частиц жидкости на этом участке, что, в свою очередь, в соответствии с законом Бернулли приведет к понижению давления в этом месте. Одним из способов перевода турбулентного режима в ламинарный является размещение на поверхности корпуса судна упругого покрытия (см. [3] на стр.95).

В работе [1] показано, 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 впадина прогрессивных ИГВ формируется над корпусом судна [1] в носовой оконечности, то появляется возможность воздействовать на реакцию упругого основания (воды) от деформирования ледяного покрова в пределах длины судна. Очевидно, что это воздействие должно быть направлено на уменьшение силы поддержания воды в районе впадины ИГВ, т.к. понижение давления в этом месте вызовет увеличение ее глубины и соответствующий рост изгибных напряжений в ледяной пластине. В свою очередь, это повысит эффективность разрушения льда подводным судном.

Также известно (4. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с.), что периодическое приложение нагрузки к ледяному покрову с частотой резонансных ИГВ значительно увеличивает его деформации 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 ледяным покровом периодически создавать дополнительную область пониженного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Для их благоприятной интерференции, т.е. достижения максимального периодического возрастания высоты суммарных ИГВ, необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [4]:

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

В этом случае при перемещении льда вниз от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вниз, а при перемещении льда вверх эти силы будут исчезать. Таким образом, длительность воздействия области пониженного давления на нижнюю поверхность льда в области подошвы ИГВ будет равна полупериоду резонансных ИГВ, т.е. способствовать максимальному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В носовой оконечности судна на его верхней поверхности в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ устанавливают упругое покрытие. При движении судна с резонансной скоростью V_p возникнут резонансные ИГВ, первая впадина которых окажется над участком судовой поверхности с упругим покрытием. Движение судна с Vp будет неизбежно сопровождаться формированием турбулентного пограничного слоя на всей его поверхности, кроме участка, покрытого упругим слоем. В этом месте частицы жидкости начнут двигаться с большей средней скоростью (возрастет полнота эпюры скоростей в пограничном слое), что приведет к понижению давления и, соответственно, увеличению глубины впадины ИГВ, т.е. их амплитуды. В результате повысятся изгибные напряжения в ледяном покрове и эффективность его разрушения. Если и это не приведет к разрушению льда, то упругое покрытие периодически с частотой резонансных ИГВ начинают закрывать и обнажать при помощи экрана (например, по принципу «шкаф-купе») на время, равное половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, накладывающихся на основные ИГВ. В результате интерференции этих волн их амплитуда, соответственно, и изгибные напряжения, будут периодически возрастать, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова.

Изобретение поясняется графически.

В носовой части 1 судна 2 устанавливают упругое покрытие 3, например виниловое. При движении судна со скоростью V_p первая впадина ИГВ 5 окажется над покрытием 3 на поверхности судна 1, которое периодически с частотой резонансных ИГВ закрывают и обнажают на время, равное половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ 4, накладывающихся на основные ИГВ 5. В результате интерференции этих волн их суммарная высота будет периодически возрастать до ИГВ 6, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Предложен способ разрушения ледяного покрова, заключающийся в возбуждении подводным судном во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при котором на корпусе судна на верхней поверхности его носовой оконечности устанавливают упругое покрытие, которое периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн закрывают и обнажают при помощи экрана на время, равное половине периода этих волн. Достигается повышение эффективности разрушения льда подводным судном. 1 ил.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при котором на корпусе судна на верхней поверхности его носовой оконечности устанавливают упругое покрытие, отличающийся тем, что покрытие периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн закрывают и обнажают при помощи экрана на время, равное половине периода этих волн.