Способ разрушения ледяного покрова Российский патент 2021 года по МПК B63B35/08 

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом.

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми подводным судном при его движении подо льдом с резонансной скоростью. При его осуществлении во время движения судна дополнительно осуществляют сдувание пограничного слоя жидкости в верхней части его судовой обшивки с помощью насоса, расположенного внутри судна в водопроточном канале. При этом водозаборная часть канала располагается в носовой оконечности судна, а выход канала - в месте расположения подошвы ИГВ. Расположение выхода канала под подошвой ИГВ при работающем насосе увеличит скорость обтекания корпуса судна в этом месте и приведет к падению давления, что, в свою очередь, увеличит высоту ИГВ и уровень изгибных напряжений в ледяном покрове. В результате ледоразрушающая способность судна возрастает (1. RU 2137664 – принят автором и заявителем в качестве прототипа).

Недостатком способа является ограниченность высоты ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения высоты возбуждаемых ИГВ.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение:

Ограничительные: ледяной покров разрушают подводным судном путем возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, при этом во время движения судна дополнительно осуществляют сдувание пограничного слоя жидкости в верхней части его судовой обшивки с помощью насоса, расположенного внутри судна в водопроточном канале, при этом водозаборная часть канала располагается в носовой оконечности судна, а выход канала - в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны.
Отличительные: сдувание пограничного слоя жидкости осуществляют периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, в течение времени, равном половине периода этих волн.

Известно (2. 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:

где: D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; с_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 повышенного 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.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то включают насос, расположенный внутри судна в водопроточном канале. Водозаборную часть канала выполняют в носовой оконечности судна, а выход - в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ. Расположение выхода канала под подошвой ИГВ при работающем насосе увеличит скорость обтекания корпуса судна в этом месте и приведет к падению давления, что, в свою очередь, увеличит высоту ИГВ и уровень изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. ледоразрушающая способность судна возрастает. Если и это не приведет к разрушению льда, то сдувание пограничного слоя жидкости осуществляют периодически с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, в течение времени, равном половине периода этих волн. В результате к основным ИГВ, возбуждаемых от поступательного движения судна, возникнет дополнительная система резонансных ИГВ. Наложение этих волн на основные приведет к периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ и, соответственно, - изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. повышению эффективности его разрушения.

Изобретение поясняется графически.

Под ледяным покровом 1 начинает движение подводное судно 2 с резонансной скоростью V_p. Если высота возбуждаемых ИГВ h₁ окажется недостаточной для разрушения льда, то включают насос 3, расположенный внутри судна в водопроточном канале 4. Сдувание пограничного слоя жидкости в области 5 увеличивает скорость обтекания судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, что вызовет увеличение высоты ИГВ до значения h₂, т.е. повысит ледоразрушающую способность судна. Если и это не приведет к разрушению льда, то сдувание пограничного слоя жидкости осуществляют периодически с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, в течение времени, равном половине периода этих волн. В результате высота ИГВ возрастет до h₃.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом при их всплытии в сплошном льду. Предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном, который заключается в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью. Во время движения судна дополнительно осуществляют сдувание пограничного слоя жидкости в верхней части судовой обшивки с помощью насоса, расположенного внутри судна в водопроточном канале. При этом водозаборная часть канала располагается в носовой оконечности судна, а выход канала - в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны. Сдувание пограничного слоя жидкости осуществляют периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, в течение времени, равного половине периода этих волн. Достигается повышение эффективности разрушения ледяного покрова. 1 ил.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, при этом во время движения судна дополнительно осуществляют сдувание пограничного слоя жидкости в верхней части его судовой обшивки с помощью насоса, расположенного внутри судна в водопроточном канале, при этом водозаборная часть канала располагается в носовой оконечности судна, а выход канала - в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны, отличающийся тем, что сдувание пограничного слоя жидкости осуществляют периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, в течение времени, равного половине периода этих волн.