Способ разрушения ледяного покрова Российский патент 2024 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) (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).

Известно техническое решение (2. RU 2775085 - принято за прототип), в котором предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ, т.е. резонансным методом. 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. которому в процессе его буксировки придают плохо обтекаемую форму.

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 увеличении 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, которому в процессе буксировки придают плохо обтекаемую форму.

Отличительные: в процессе буксировки плохо обтекаемую форму телу придают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода.

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 изменять (например, увеличивать) волновое сопротивление, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения тела) резонансных ИГВ. В этом случае раскачка ледяного покрова станет более эффективной, т.к. периодическое возникновение подо льдом области с повышенным 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 [3]:

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 будут исчезать, а при перемещении льда вверх эти силы также будут направлены вверх, что будет способствовать росту высоты ИГВ. При этом длительность воздействия областей повышенного 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.

Способ осуществляют 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 буксирующего троса 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 придают плохообтекаемую форму с помощью, например, размещения за телом шайбы, имеющей куполообразную форму (это целесообразно потому, что, как известно, куполообразные поверхности, ориентированные своей вогнутостью навстречу набегающему потоку, например, в виде поверхности парашюта, обладают большим лобовым сопротивлением, что позволяет их использовать в виде эффективных тормозящих устройств, т.к. перед такими поверхностями образуется область высокого давления). В результате буксировочное сопротивление тела возрастет, что увеличит амплитуду ИГВ, т.к. подо льдом в этом месте, кроме архимедовой силы, возникнет дополнительная сила давления. Ледоразрушающая способность ИГВ возрастет. Если и это не вызовет разрушение льда, то плохо обтекаемую форму телу придают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода. Это приведет к дополнительному периодическому возрастанию суммарной амплитуды ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.

Изобретение поясняется графически.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью v_р. Если амплитуда возбуждаемых при этом ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда, то в процессе движения судна под ледяным покровом размещают и буксируют тело с положительной плавучестью 4 (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 буксировочного троса 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 периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода, придают плохо обтекаемую форму с помощью размещения за телом шайбы 8. В результате амплитуда ИГВ 3 будет периодически возрастать до амплитуд ИГВ 7.

Изобретение относится к способу разрушения ледяного покрова. Предлагается способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн. Под первым за кормой судна гребнем волны размещают и буксируют со скоростью судна тело с положительной плавучестью. В процессе буксировки телу придают плохо обтекаемую форму периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода. Достигается повышение эффективности процесса 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, которому в процессе буксировки придают плохо обтекаемую форму, отличающийся тем, что в процессе буксировки плохо обтекаемую форму телу придают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода.