Способ разрушения ледяного покрова Российский патент 2023 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 возбуждает в ледяном покрове 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).

Также известен способ разрушения ледяного покрова подводным судном резонансным методом, при реализации которого ширину попутного потока за счет отсоса пограничного слоя уменьшают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода. Периодический отсос пограничного слоя будет периодически уменьшать его волновое сопротивление, что приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ. В результате толщина разрушаемого льда возрастет (3. RU 2775049 С1). Техническое решение по патенту RU 2775049 принято за прототип.

Недостатком решения является ограниченность его ледоразрушающей способности.

Задачей изобретения является увеличение высоты возбуждаемых судном ИГВ.

Технический результат заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном резонансным методом, при реализации которого ширину попутного потока уменьшают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода.

Отличительные: после окончания очередного процесса уменьшения ширины попутного потока его ширину увеличивают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода.

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 изменять волновое сопротивление судна (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 в нем изгибных напряжений.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом перемещают подводное судно с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то в процессе движения судна ширину попутного потока  вначале увеличивают при помощи устройств, сдувающих пограничный слой 4 [2], в течение времени, равном половине их периода. Затем ширину попутного потока уменьшают за счет отсоса пограничного слоя 4 [3], т.е. уменьшения его толщины, в течение времени, равном половине периода ИГВ. Процесс увеличения и уменьшения ширины попутного потока осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.

Изобретение поясняется графически.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда, то в процессе движения судна ширину попутного потока вначале увеличивают от В2 до В1 при помощи устройств 5, сдувающих пограничный слой 4, в течение времени, равном половине их периода. Затем ширину попутного потока уменьшают от В1 до В2 за счет отсоса пограничного слоя 4 при помощи устройств 5, т.е. уменьшения его толщины от δ₁ до δ₂, в течение времени, равном половине периода ИГВ. Для периодического увеличения и уменьшения ширины попутного потока используют устройства 5, выполненные, например, в виде насосов, которые формируют струи потоков 6. Это 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 вначале уменьшают, а затем увеличивают 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 ширину попутного потока уменьшают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода, отличающийся тем, что после окончания очередного процесса уменьшения ширины попутного потока его ширину увеличивают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода.