Способ разрушения ледяного покрова Российский патент 2020 года по МПК E02B15/02 B63B35/08 

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) определенной высоты, возбуждаемыми подводным судном при его движении подо льдом с резонансной скоростью, при этом во время движения судну придают положительную плавучесть и перекладывают рубочные и кормовые горизонтальные рули на отрицательные углы атаки для удержания судна на заданной глубине. Положительную плавучесть обеспечивают путем откачки балласта, например, из цистерн главного балласта, уравнительных, быстрого погружения, замещения и т.д. Поворотом рулей и балластом создают нулевую силу плавучести. Сопротивление воды движению судна возрастет, что увеличит высоту волн, т.е. повысит эффективность разрушения льда [1. RU 2194119 С2, 10.12.2002]. Способ разрушения ледяного покрова по описанию к патенту RU 2194119 выбран заявителем в качестве прототипа.

Недостатком способа является ограниченность высоты ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности, которая при резонансной скорости судна определяется заглублением и водоизмещением последнего [1].

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности разрушения ледяного покрова.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в увеличении высоты ИГВ при не меняющихся резонансной скорости и величины заглубления судна.

Существенные признаки, характеризующие изобретения.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью, при этом во время движения судну обеспечивают положительную плавучесть и перекладывают рубочные и кормовые горизонтальные рули на отрицательные углы атаки.

Отличительные: положительную плавучесть и перекладывание рубочных и кормовых горизонтальных рулей на отрицательные углы атаки обеспечивают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени равном половине их периода.

Известно [2. 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 ледяным покровом периодически создавать дополнительную область повышенного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных резонансных ИГВ.

Следовательно для достижения максимального периодического возрастания высоты суммарных ИГВ необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [2]:

где D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; 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 будут исчезать. Таким образом, длительность воздействия области повышенного давления на нижнюю поверхность льда будет равна полу периоду резонансных ИГВ, т.е. способствовать максимальному возрастанию высоты дополнительных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданной глубине начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью. Если высота этих волн окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судну придают положительную плавучесть путем откачки воды из балластных например, из цистерн главного балласта, из уравнительных цистерн. Одновременно с этим рубочные и кормовые горизонтальные рули судна поворачивают на отрицательные углы атаки (в этом случае их подъемная сила будет направлена вниз) до значений, когда сила плавучести судна (архимедова сила) станет равной нулю. После этого судно продолжают перемещать подо льдом с резонансной скоростью и на заданной глубине. Сопротивление воды его движению возрастет, что увеличит высоту возбуждаемых ИГВ, т.е. их ледоразрушающую способность. Если и это не приведет к разрушению ледяного покрова, то положительную плавучесть и перекладывание рубочных и кормовых горизонтальных рулей на отрицательные углы атаки обеспечивают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени равном половине их периода. После чего положительную плавучесть также с помощью балластных цистерн устраняют, а горизонтальные рули возвращают в исходное положение.

Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, накладывающихся на основные ИГВ. В результате интерференции этих волн их суммарная высота будет периодически возрастать, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова.

Изобретение не нуждается в графическом пояснении.

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях. Сущность изобретения заключается в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении подводного судна подо льдом с резонансной скоростью. Во время движения судну придают положительную плавучесть и перекладывают рубочные и кормовые горизонтальные рули на отрицательные углы атаки периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода, что обеспечивает повышение эффективности разрушения льда.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью, при этом во время движения судну обеспечивают положительную плавучесть и перекладывают рубочные и кормовые горизонтальные рули на отрицательные углы атаки, отличающийся тем, что положительную плавучесть и перекладывание рубочных и кормовых горизонтальных рулей на отрицательные углы атаки обеспечивают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода.