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. В процессе его движения при помощи устройств, сдувающих пограничный слой, увеличивают ширину попутного потока, формирующегося в кормовой оконечности судна. Увеличение ширины попутного потока приводит к росту сопротивления формы корпуса судна и к соответствующему увеличению волнового сопротивления, т.е. высоты возбуждаемых волн и эффективности разрушения льда (2. RU 2277494 C1). Техническое решение по патенту RU 2277494 принято за прототип.

Недостатком решения является ограниченность его ледоразрушающей способности.

Задачей изобретения является увеличение высоты возбуждаемых судном ИГВ.

Технический результат заключается в увеличение высоты возбуждаемых судном ИГВ. Это позволяет разрушать ледяной покров большей толщины.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном резонансным методом, при реализации которого изменяют ширину попутного потока.

Отличительные: ширину попутного потока уменьшают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равном половине их периода.

Известно (3. А.А. Лукашевич, А.Д. Перник, Г.А. Фирсов. Теория корабля. Судпромгиз., 1950. - 446 с., см. с. 259), что волновое сопротивление, т.е. волнообразование, возникает благодаря силам давления, возникающим на судовой поверхности при ее обтекании водой (вязкой жидкостью). Величина этих сил определяющим образом зависит от формы корпуса судна, в частности, от места расположения точек отрыва пограничного слоя, т.е. от ширины попутного потока. Поэтому, изменив ширину попутного потока, можно при не меняющихся резонансной скорости и величине заглубления судна изменить высоту ИГВ, т.е. волновое сопротивление судна. Это можно осуществить путем инициирования смещения точек отрыва пограничного слоя. Для этого могут быть использованы известные способы изменения ширины попутного потока (4. Г. Шлихтинг. Теория пограничного слоя. М.: Наука. 1969. 744 с., см. с. 54). Например, может быть использован метод отсоса пограничного слоя. При его использовании толщина пограничного слоя а, следовательно, и ширина попутного потока уменьшаются, т.е. волновое сопротивление снижается.

Также известно (5. 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 изменять (например, уменьшать) волновое сопротивление, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. В этом случае раскачка ледяного покрова станет более эффективной, т.к. периодическое возникновение подо льдом области с пониженным давлением вызовет во льду возбуждение дополнительной системы резонансных ИГВ. Очевидно, что для их благоприятной интерференции с основными ИГВ (от поступательного движения судна), 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 [5]:

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 исчезнут, что будет способствовать росту высоты ИГВ. При этом длительность воздействия областей пониженного давления на нижнюю поверхность льда должна быть равна полупериоду резонансных ИГВ, что будет способствовать максимальному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова, что приведет к увеличению изгибных напряжений в ледяном покрове и достижению заявленного технического результата.

Изобретение поясняется графически и осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда, то ширину попутного потока B₁, формирующегося за счет отрыва пограничного слоя 4, уменьшают до В₂. Для этого периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равном половине их периода, при помощи устройств 5, выполненных, например, в виде насосов, пограничный слой отсасывают (формируют струи потоков 6). Очевидно, что периодический отсос пограничного слоя 4 будет периодически уменьшать его толщину от δ₁ до δ₂ и приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ 7. В результате высота ИГВ 3 будет периодически возрастать до высоты ИГВ 8.

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 ширину попутного потока уменьшают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода. Это приводит к возбуждению во льду дополнительных резонансных изгибно-гравитационных волн, что увеличивает ледоразрушающую способность судна. 1 ил.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном резонансным методом, при реализации которого изменяют ширину попутного потока, отличающийся тем, что ширину попутного потока уменьшают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода.