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 судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в его кормовой оконечности гидродинамических вихрей, причем центры вихрей располагают над областями отрыва пограничного слоя жидкости, обтекающей корпус судна. Это увеличивает волновое сопротивление судна, т.е. ледоразрушающую способность возбуждаемых им ИГВ (1. RU 2194121 принят автором и заявителем за прототип).

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 судну придают плохообтекаемую форму посредством формирования в его кормовой оконечности гидродинамических вихрей, причем центры вихрей располагают над областями отрыва пограничного слоя жидкости, обтекающей корпус судна.

Отличительные: плохообтекаемую форму судну придают 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 повышенного 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 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 в области вершины 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 при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то судну придают плохообтекаемую форму посредством формирования в его кормовой оконечности гидродинамических вихрей, причем центры вихрей располагают над областями отрыва пограничного слоя жидкости, обтекающей корпус судна. Если и это не приведет к разрушению льда, то плохообтекаемую форму судну придают периодически с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, за счет периодического создания области повышенного давления в его кормовой оконечности, 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 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью х_p. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то при помощи входных каналов 4 и выходных каналов 5, а также насосов 6 в кормовой оконечности судна 2 формируют вихри 7, причем их центры 8 располагают над областями отрыва пограничного слоя жидкости 9. Это вызовет отклонение первоначальных линий тока 10 до направления 11. В результате высота ИГВ 3 возрастет до высоты ИГВ 12, Если и это не приведет к разрушению льда, то вихри 7 формируют периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равном половине периода этих волн. В результате высота суммарных волн будет периодически возрастать до ИГВ 13.

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. Предложенный способ разрушения ледяного покрова подводным судном 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 его кормовой оконечности гидродинамических вихрей, причем центры вихрей располагают над областями отрыва пограничного слоя жидкости, обтекающей корпус судна. Плохообтекаемую форму судну придают 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 судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в его кормовой оконечности гидродинамических вихрей, причем центры вихрей располагают над областями отрыва пограничного слоя жидкости, обтекающей корпус судна, отличающийся тем, что плохообтекаемую форму судну придают периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, в течение времени, равного половине периода этих волн.