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 методом (1. В.М. Козин. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. Изд.-во: Академия Естествознания. 2007. 355 с., см. с. 5-9. ISBN 978-5-91327-017-7).

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова, заключающегося в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн (ИГВ) при движении судна подо льдом с резонансной скоростью. Во время движения судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в носовой и кормовой оконечностях гидродинамических вихрей, причем отсос воды для формирования вихрей производят из области минимального давления, возникающей на верхней поверхности в средней части корпуса судна (2. RU 2233227 принят за прототип).

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

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

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

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, во время движения судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в носовой и кормовой оконечностях гидродинамических вихрей, причем отсос воды для формирования вихрей производят из области минимального давления, возникающей, на верхней поверхности в средней части корпуса судна.

Отличительные: отсос воды осуществляют периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равном половине периода этих волн.

Известно (3. 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 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 [3]:

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 осуществляют следующим образом.

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью [1]. Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то при помощи входных каналов, расположенных в районе миделевой (средней) части судна, и выходных, расположенных в носу и корме, включением насосов, размещенных в соединяющих их водопроводах, формируют гидродинамические вихри. В результате обтекаемость корпуса ухудшится, а отсос воды через верхнюю поверхность в средней части корпуса судна понизит давление в этой области. Благодаря этому высота возбуждаемых ИГВ возрастет что, соответственно, повысит величину изгибных напряжений в ледяной пластине что, в свою очередь, увеличит высоту возбуждаемых ИГВ. Если это не приведет к разрушению ледяного покрова, то отсос воды осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равном половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, накладывающихся на основные (от движения судна) ИГВ. В результате интерференции этих волн их суммарная амплитуда, соответственно, и изгибные напряжения будут периодически возрастать, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова, т.е. позволит достичь заявленный технический результат.

Схема реализации изобретения поясняется графически.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью V_p. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то включают насосы 4, расположенные в водопроводах 5, которые соединяют входные каналы 6 (расположенные в средней части судна) и выходные 7 (расположенные в носу и корме). В результате возникнут гидродинамические вихри 8, которые ухудшат обтекаемость судна, что увеличит высоту от ИГВ 3 до ИГВ 9. Если этого окажется недостаточно для разрушения льда, то насосы 4 включают периодически. Благодаря этому высота ИГВ 9 будет периодически возрастать до ИГВ 10.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. 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 судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в носовой и кормовой оконечностях гидродинамических вихрей, причем отсос воды для формирования вихрей производят из области минимального давления, возникающей на верхней поверхности в средней части корпуса судна. Отсос воды осуществляют периодически с частотой 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, во время движения судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в носовой и кормовой оконечностях гидродинамических вихрей, причем отсос воды для формирования вихрей производят из области минимального давления, возникающей на верхней поверхности в средней части корпуса судна, отличающийся тем, что отсос воды осуществляют периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине периода этих волн.