Способ разрушения ледяного покрова Российский патент 2022 года по МПК B63B35/08 

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим в условиях сплошного ледяного покрова и разрушающим его резонансным методом (1. В.М. Козин. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Академия Естествознания.2007. 355с. ISBN 978-5-91327-017-7, см. с. 5-9).

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова подводным судном, которое в ледяном покрове возбуждает изгибно-гравитационные волны (ИГВ) при движении с резонансной скоростью. Во время движения судна дополнительно осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в водопроточном канале судна, при этом его водозаборная часть располагается в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала - в кормовой части судна (2. RU 2137667 - принят за прототип).

Недостатком решения является ограниченность его ледоразрушающей способности.

Задачей изобретения является увеличение высоты возбуждаемых судном ИГВ.

Технический результат заключается в увеличении высоты возбуждаемых судном ИГВ, что позволяет разрушать ледяной покров большей толщины.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении ИГВ при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, во время его движения осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в его водопроточном канале, при этом водозаборную часть канала располагают на верхней поверхности носовой оконечности судна в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала - в кормовой.

Отличительные: в процессе движения судна с помощью насоса периодически с удвоенной частотой резонансных ИГВ направление движения воды в канале изменяют на противоположное в течение времени, равном половине периода этих волн.

Известно (3. Г. Шлихтинг. Теория пограничного слоя. М.: Наука. 1969. 744 с., см. с. 54), что отсос забортной воды увеличивает скорость обтекания корпуса в месте расположения водозаборной части канала. Для достижения заявленного технического результата ее располагают под подошвой возбуждаемых ИГВ. В соответствии с известным законом Бернулли это приведет к уменьшению давления в этой области. Понижение давления под ледяным покровом в месте расположения подошвы ИГВ увеличит ее глубину. При изменении направления движения воды в канале с помощью насоса на противоположное давление на выходе из канала возрастет (в этом месте поток затормозится), что увеличит высоту ее гребня. В результате суммарная высота ИГВ и, соответственно, уровень изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. их ледоразрушающая способность, возрастут.

Также известно (4. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967. - 218 с., см. с. 136), 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 периодически с частотой резонансных ИГВ уменьшать, а затем увеличивать давление подо льдом, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Очевидно, что для благоприятной интерференции этих волновых систем (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 (от области пониженного давления) также будут направлены вниз, а при перемещении льда вверх эти силы будут изменять свой знак на противоположный, что будет способствовать росту высоты ИГВ. В результате возникнет дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова, что приведет к увеличению изгибных напряжений в ледяном покрове и достижению заявленного технического результата.

Изобретение осуществляют 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 верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы возникающих ИГВ. Выход канала располагают в кормовой части судна, что позволит использовать реакцию отбрасываемой насосом воды для получения дополнительного к гребному винту судна упора. Расположение водозаборной части канала под подошвой ИГВ увеличит скорость обтекания корпуса судна и приведет к падению давления в этом месте, что, в свою очередь, увеличит высоту ИГВ. Если этого окажется не достаточно для разрушения льда, то в процессе движения судна с помощью насоса периодически с удвоенной частотой резонансных ИГВ направление движения воды в канале изменяют на противоположное в течение времени, равном половине периода этих волн. В результате возникнут дополнительные резонансные ИГВ. Их наложение на основные приведет к периодическому возрастанию суммарных ИГВ, т.е. ледоразрушающая способность судна возрастет.

Изобретение поясняется графически.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью V_р. Если высота возбуждаемых ИГВ h₁ окажется недостаточной для разрушения льда, то с помощью насоса 3 периодически с удвоенной частотой резонансных ИГВ направление движения воды в канале 4 изменяют на противоположное в течение времени, равном половине периода этих волн. При этом водозаборную часть 5 канала 4 располагают в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала 6 - в кормовой части судна. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ высотой h₃, что вызовет увеличение суммарной высоты ИГВ до значения h₂.

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим в условиях сплошного ледяного покрова и разрушающим его резонансным методом. При его реализации в процессе движения судна осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в его водопроточном канале. Водозаборную часть канала располагают на верхней поверхности носовой оконечности судна в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны, а выход канала - в кормовой. В процессе движения судна с помощью насоса периодически с удвоенной частотой резонансных изгибно-гравитационных волн направление движения воды в канале изменяют на противоположное в течение времени, равного половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению во льду дополнительных резонансных изгибно-гравитационных волн, что увеличит ледоразрушающую способность судна. 1 ил.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, во время его движения осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в его водопроточном канале, при этом водозаборную часть канала располагают на верхней поверхности носовой оконечности судна в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны, а выход канала - в кормовой, отличающийся тем, что в процессе движения судна с помощью насоса периодически с удвоенной частотой резонансных изгибно-гравитационных волн направление движения воды в канале изменяют на противоположное в течение времени, равного половине периода этих волн.