СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА Российский патент 2023 года по МПК E02B15/02 B63B35/08 

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров 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 резонансным методом, реализуемым многокорпусным судном, состоящим из двух подводных корпусов, которые соединяют между собой с возможностью изменения расстояния между их носовыми и кормовыми оконечностями. Во время движения судна между корпусами в их носовых оконечностях формируют гидродинамическую завесу (2. RU 2784537 С1 - принят за прототип).

Недостатком решения является ограниченность его ледоразрушающей способности.

Задача изобретения заключается в увеличении высоты возбуждаемых судном изгибно-гравитационных волн (ИГВ).

Технический результат заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова резонансным методом, реализуемым многокорпусным судном, состоящим из двух подводных корпусов, которые соединяют между собой с возможностью изменения расстояния между их носовыми и кормовыми оконечностями, при этом между корпусами в их носовых оконечностях формируют гидродинамическую завесу.

Отличительные: во время движения судна гидродинамическую завесу формируют периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода.

Из [2] известно, что повышение эффективности разрушения льда происходит из-за повышения давления в носовой оконечности многокорпусного судна благодаря формированию в этом месте гидродинамической завесы.

Также известно (3. 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 увеличивать давление между корпусами судна, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Очевидно, что для их благоприятной интерференции с основными ИГВ, т.е. достижения максимального периодического возрастания высоты суммарных ИГВ, необходимо, чтобы время воздействия сил (областей с повышенным давлением), возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [3]:

,

где: D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; ρ_л - 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 увеличению изгибных напряжений в ледяном покрове.

Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показан вид сверху на многокорпусное судно в походном (исходном) положении; на фиг. 2 - многокорпусное судно в эксплуатационном (ледоразрушающем) режиме; на фиг. 3 - сечение по А-А на фиг. 2 (сечение по плоскости установки насосов).

Изобретение осуществляется следующим образом.

Вначале под ледяным покровом начинают перемещать подводное многокорпусное судно 1 с резонансной скоростью при параллельном относительно друг друга расположении его корпусов (фиг. 1). Если разрушения льда не происходит, то при помощи приводов 2 (фиг. 1, фиг. 2) кормовые оконечности подводных корпусов раздвигают, а носовые оконечности сдвигают в горизонтальной плоскости. В соответствии с теоремой о подъемной силе крыла, а также согласно решению [2], между подводными корпусами возникнет область пониженного давления 3 (фиг. 2). В результате к волновой нагрузке на ледяной покров от ИГВ добавится нагрузка от этой области, способствующей уменьшению силы плавучести льда и, как следствие этого, появлению во льду дополнительных изгибных напряжений. Если и этого окажется недостаточно для разрушения ледяного покрова, то во время движения судна включают насосы 4, предварительно установленные в носовых оконечностях подводных корпусов в плоскостях, перпендикулярных их диаметральным плоскостям и способных откачивать за борт воду, находящуюся в пространстве между легким и прочным корпусами судна (фиг. 3). Всасывающие 5 и нагнетающие 6 отверстия насосов, расположенных в разных корпусах, ориентированы навстречу друг другу под противоположными углами наклона α, что позволит обеспечить циркуляционное движение воды 7 между ними (фиг. 3), при этом наиболее эффективные для создания более мощной циркуляции воды углы наклона определяют предварительно либо экспериментально, либо теоретически. В результате в носовой оконечности многокорпусного судна сформируется гидродинамическая завеса или гидродинамическая "стена" 8, что приведет к возникновению областей повышенного (перед ней) 9 и пониженного 10 (за ней) давлений (фиг. 2). В свою очередь, это приведет к возбуждению ИГВ большей интенсивности. Если и это не приведет к разрушению льда, то гидродинамическую завесу 8 формируют периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода. В результате в ледяном покрове возникнут дополнительные резонансные ИГВ, которые, в фазе накладываясь на основные (от движения судна), вызовут их благоприятную, с точки зрения возрастания высоты волн, интерференцию. Это приведет к периодическому возбуждению ИГВ большей интенсивности (увеличению суммарной высоты ИГВ), т.е. к повышению эффективности разрушения ледяного покрова (увеличению толщины разрушаемого льда) - достижению заявленного технического результата.

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях. Предложен способ разрушения ледяного покрова, который заключается в возбуждении подводным многокорпусным судном 1 в ледяном покрове резонансных изгибно-гравитационных волн. Два подводных корпуса многокорпусного судна 1 соединяют между собой с возможностью изменения расстояния между ними. Во время движения судна 1 в их носовых оконечностях периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн формируют гидродинамическую завесу 8 в течение времени, равного половине их периода. Это приведет к периодическому увеличению высоты возбуждаемых изгибно-гравитационных волн, т.е. их ледоразрушающей способности. 3 ил.

Способ разрушения ледяного покрова резонансным методом, реализуемым многокорпусным судном, состоящим из двух подводных корпусов, которые соединяют между собой с возможностью изменения расстояния между их носовыми и кормовыми оконечностями, при этом между корпусами в их носовых оконечностях формируют гидродинамическую завесу, отличающийся тем, что во время движения судна гидродинамическую завесу формируют периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода.