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, 355 с. ISBN 978-5-91327-017-7, см. с. 5-9).

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающегося в возбуждении изгибно-гравитационных волн (ИГВ) во льду при его движении подо льдом с резонансной скоростью (2. RU 2775904 - принят за прототип). 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 оконечности. Включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода.

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, 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 оконечности, включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода.

Отличительные: поток воды, выходящий из канала, направляют под максимальную вершину ИГВ.

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 следует расположить под подошвой 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 их высоту и, соответственно, уровень изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. ледоразрушающую способность судна.

Очевидно, что если поток воды направить под нижнюю поверхность ледяного покрова, то его скорость уменьшится. При этом его кинетическая энергия частично превратится в потенциальную энергию повышенного давления. Увеличение давления под вершиной ИГВ вызовет рост их высоты.

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 или 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_π - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.

В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова, что приведет к периодическому увеличению высоты возбуждаемых ИГВ и соответствующему росту изгибных напряжений в ледяном покрове.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью [1]. 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 оконечности судна, обеспечивая направление выходящего из него потока воды под максимальную вершину ИГВ. Включение насоса обеспечит отсос воды в водозаборной части, что вызовет уменьшение давления в месте расположения подошвы ИГВ и увеличение давления в месте расположения ее вершины, что увеличит высоту ИГВ. Если этого окажется не достаточно для разрушения льда, то включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода. В результате возникнут дополнительные резонансные ИГВ. Их наложение на основные приведет к дополнительному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.

Изобретение поясняется графически.

Под ледяным покровом 1 начинает движение подводное судно 2 с резонансной скоростью V_р. Если высота возбуждаемых ИГВ h₁ окажется недостаточной для разрушения льда, то насос 3, расположенный внутри судна в водопроточном канале 4, включают и выключают периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода. Отсос забортной воды внутрь судна увеличит скорость обтекания верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, т.е. понизит давление в области 5, а направление потока под вершину ИГВ повысит давление в области 6. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ амплитудой h_3, что вызовет периодическое увеличение суммарной высоты ИГВ до значения h₂, т.е. повысит ледоразрушающую способность судна.

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, при этом водозаборную часть канала располагают на верхней поверхности носовой оконечности судна в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны, а выход канала - в кормовой оконечности. Включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн на время, равное половине их периода. Поток воды, выходящий из канала, направляют под максимальную вершину изгибно-гравитационных 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 оконечности, включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн на время, равное половине их периода, отличающийся тем, что поток воды, выходящий из канала, направляют под максимальную вершину изгибно-гравитационных волн.