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

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом, т.е. путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) (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).

Известно техническое решение (патент RU 2149795 - принят за прототип), в котором предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ. При его осуществлении одновременно с движением судна под первым гребнем волны, возникающей за кормой судна, размещают и буксируют со скоростью судна тело с положительной плавучестью.

Недостатком способа является ограниченная возможность увеличения амплитуды ИГВ, т.е. его ледоразрушающей способности.

Задача изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды возбуждаемых ИГВ.

Технический результат заключается в увеличения амплитуды возбуждаемых ИГВ, что приводит к увеличению толщины разрушаемого ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ, при этом под первым за кормой судна гребнем волны размещают и буксируют со скоростью судна тело с положительной плавучестью.

Отличительные: в процессе буксировки тела длину буксировочного троса периодически с частотой резонансных ИГВ изменяют в течение времени, равном половине их периода, при этом за счет изменения длины троса телу сообщают перемещения в пределах половины длины резонансных ИГВ.

Очевидно, чт, если на резонансные ИГВ, возбуждаемые движущимся подводным судном (основную волновую систему), подействовать дополнительными периодическими нагрузками с частотой этих волн, то вследствие интерференции основной волновой системы и дополнительной, создаваемой дополнительными нагрузками, произойдет увеличение суммарной амплитуды ИГВ. Создать такие нагрузки можно за счет возвратно-поступательных движений, сообщаемых телу посредством изменения длины буксирующего его троса. Создание такого движения приведет по сравнению с прототипом к периодическому увеличению скорости обтекания тела при его перемещении, совпадающим по направлению с движением судна, и уменьшению - при перемещении тела в противоположном направлении. В результате этого перед буксируемым телом будет периодически с частотой резонансных ИГВ возникать область повышенного давления, что приведет к возбуждению дополнительных 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 (Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967. - 218 с., см. с. 136):

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 дополнительных ИГВ величина давления подо льдом будет уменьшаться, т.к. тело будет перемещаться в направлении, противоположном направлению движения судна, а это приведет к уменьшению скорости его обтекания набегающим потоком по сравнению со скоростью, когда такое перемещение отсутствует (как у прототипа). При перемещении льда вверх от дополнительных ИГВ величина давления подо льдом будет увеличиваться, т.к. тело будет перемещаться в направлении, совпадающим с направлением движения судна, а это приведет к увеличению скорости его обтекания набегающим потоком по сравнению со скоростью, когда такое перемещение отсутствует (как у прототипа). Таким образом, под ледяным покровом периодически с частотой резонансных ИГВ будет возникать область повышенного давления в течение времени, равном половине периода эти волн. В результате возникнет дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова, что приведет к периодическому увеличению изгибных напряжений в ледяном покрове.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то в процессе движения судна под ледяным покровом размещают и буксируют тело с положительной плавучестью (например, эластичную емкость, заполненную воздухом). При помощи буксира его располагают под первым за кормой судна гребнем (вершиной) волны. Сила выталкивания воды (архимедова сила), действующая на тело, будет увеличивать высоту гребня, т.е. амплитуду ИГВ, за кормой судна. В зависимости от толщины льда объем тела увеличивают путем подкачки в него сжатого воздуха до тех пор, пока высота гребня не достигнет максимального значения. Если и в этом случае амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то телу начинают сообщать возвратно-поступательные движения за счет изменения длины буксирующего его троса. Эти перемещения сообщают в направлении движения судна периодически с частотой резонансных ИГВ в пределах первой за судном вершиной ИГВ, т.е. равной половине их длины, в течение времени, равном половине периода эти волн.

Выполнение этих условий обеспечит возбуждение дополнительной системы ИГВ, частота которых будет равна частоте основных резонансных ИГВ. Волновые системы окажутся когерентными и, вследствие этого, способными интерферировать друг с другом, что позволит периодически увеличивать их суммарные амплитуды и, соответственно, ледоразрущающую способность ИГВ. В результате будет достигнут заявленный технический результат.

Изобретение поясняется графически.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью v_p. Если амплитуда возбуждаемых при этом ИГВ 3 оказывается недостаточной для разрушения льда, то в процессе движения судна под ледяным покровом размещают и буксируют тело 4 с положительной плавучестью (эластичную емкость, заполненную воздухом). При помощи буксирного троса 5 тело 4 располагают под первым за кормой судна гребнем (вершиной) волны. Для этого при помощи эхолотов 6, размещенных по длине судна, определяют профиль волны и необходимую длину буксира 5. Сила выталкивания F, действующая на тело 4, будет увеличивать высоту гребня, т.е. амплитуду ИГВ, за кормой судна. В зависимости от толщины льда объем тела 4 увеличивают путем подкачки в него сжатого воздуха через шланг, закрепленный на буксире 5 (на фиг. не показан) до тех пор, пока амплитуда ИГВ 3 не достигнет предельного значения. Если и после этого амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то телу начинают сообщать возвратно-поступательные движения за счет изменения длины буксирующего его троса 5. Эти перемещения сообщают в направлении движения судна периодически с частотой резонансных ИГВ в пределах первой за судном вершины ИГВ, т.е. равном половине их длины λ_р/2, из положения 8 в положение 9 и наоборот. В результате амплитуда ИГВ 3 будет периодически возрастать до ИГВ 7.

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом под первым за кормой судна гребнем волны размещают и буксируют со скоростью судна тело с положительной плавучестью. В процессе буксировки тела длину буксировочного троса периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн изменяют в течение времени, равного половине их периода. За счет изменения длины троса телу сообщают перемещения в пределах половины длины резонансных изгибно-гравитационных волн. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения ледяного покрова. 1 ил.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом под первым за кормой судна гребнем волны размещают и буксируют со скоростью судна тело с положительной плавучестью, отличающийся тем, что в процессе буксировки тела длину буксировочного троса периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн изменяют в течение времени, равного половине их периода, при этом за счет изменения длины троса телу сообщают перемещения в пределах половины длины резонансных изгибно-гравитационных волн.