Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения ледяного покрова. Технический результат достигается за счет создания подо льдом гидравлического удара посредством резкого торможения подводного судна с одновременной подачей воздуха под лед в район вершины первого за кормой судна гребня волн. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавующим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду.

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми подводным судном (1. В.М.Козин, А.В. Онишук "Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна". -ПМТФ, Новосибирск. -Изд-во ВО "Наука", 1994. -N2. с.78-81), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью V_р, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ максимальна.

Недостатком способа является невозможность увеличения амплитуды ИГВ, т. е. ледоразрушающей способности судна при его движении с резонансной скоростью.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды ИГВ.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ.

Отличительные: под ледяным покровом дополнительно создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна с одновременной подачей под лед в район вершины первого за кормой судна гребня волн.

Известно (см. Войткунский Я. И. Сопротивление воды движению судов. Л.: Судостроение. -1988. - 288с.), что при движении тела в жидкости за ним вследствие вязкостных свойств жидкости и из-за отрыва пограничного слоя образуется попутный поток, т. е. струя поступательно движущейся за телом жидкости. Скорость в этом потоке в районе кормовой оконечности тела примерно равна скорости тела. Если тело, т.е. подводное судно, резко затормозить, то попутный поток, продолжая свое поступательное движение по инерции, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к скачкообразному уменьшению скорости попутного потока и, как известно из курса гидравлики (см.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидропроводы. М.: Машиностроение. -1982. -424 с.), к гидроудару, т.е. резкому повышению давления в районе кормы судна. Наложение этого давления на давление на нижнюю поверхность ледяного покрова от волновых колебаний воды приведет к увеличению деформаций льда, т.е. амплитуды ИГВ. Если одновременно с торможением судна под лед подать воздух в район первого за кормой судна гребня ИГВ, то под вершиной ИГВ возникает воздушная подушка. Благодаря высокой сжимаемости воздуха по отношению к сжимаемости воды вода из области повышенного давления, возникшей в корме при торможении судна, устремится в направлении наименьшего гидравлического сопротивления, т.е. в область воздушной подушки. Получив в результате этого определенную скорость, массы воды вытеснят воздух и мгновенно остановятся при соударении с нижней поверхностью льда. Таким образом, произойдет концентрация потенциальной энергии давления и кинетической энергии воды при гидроударе под вершиной ИГВ. В результате ледоразрушающая способность судна возрастет.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью _p, для возбуждения резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судно, например, за счет реверса гребных винтов резко останавливают. Одновременно с торможением судна под лед, например, из баллонов сжатого воздуха для продувки цистерн главного балласта подают воздух в район первого за кормой судна гребня ИГВ, что приведет к образованию под вершиной ИГВ воздушной подушки. Попутный поток, сформировавшийся за судном при его поступательном движении, продолжая по инерции свое движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к скачкообразному увеличению давления в районе кормы судна. Вследствие несжимаемости воды это давление мгновенно передастся во всех направлениях, в том числе и на нижнюю поверхность ледяного покрова в районе вершины ИГВ. Одновременно с этим благодаря высокой сжимаемости воздуха по отношению к сжимаемости воды вода из области повышенного давления в корме устремится в направлении к воздушной подушке. Получив определенную скорость, массы воды, обладая большей плотностью, чем воздух, вытеснят последний из-под вершины ИГВ и, двигаясь по инерции, мгновенно остановятся при соударении с нижней поверхностью льда. Таким образом, произойдет концентрация потенциальной и кинетической энергии воды при гидроударе под вершиной ИГВ, что вызовет увеличение деформаций льда, т.е. амплитуда ИГВ, а следовательно, и их ледоразрушающая способность возрастут.

Изобретение поясняется чертежом, где показана схема деформирования ледяного покрова от возбуждаемых ИГВ и действия гидроудара.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинает движение подводное судно 2 со скоростью _p, которое возбуждает систему резонансных ИГВ-3. Одновременно за судном вследствие вязкости воды образуется попутный поток 4.

Если амплитуда возбуждаемых волн 3 недостаточна для разрушения льда 1, то судно 2 резко останавливают (например, за счет реверса гребного винта 5). Одновременно с торможением судна 2 под лед 1 подают воздух, который формирует под вершиной ИГВ 3 воздушную подушку 6. Попутный поток 4, продолжая по инерции свое поступательное движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна 2. Скорость потока резко уменьшится, что приведет к появлению в районе кормы судна области повышенного давления 7. Поскольку воду при реальных скоростях эксплуатации судов можно считать несжимаемой, то это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность льда 1 и, вследствие сжимаемости воздуха в подушке 6, вызовет движение масс воды 8 в направлении воздушной подушки 6. При соударении масс воды 8 с нижней поверхностью льда 1, действии на лед повышенного давления, возникшего в области 7, произойдет гидроудар, который вызовет во льду 1 волну вспучивания 9. Наложение этой волны 9 на ИГВ-3 приведет к увеличению суммарных деформаций льда, т.е. к увеличению амплитуды волн в районе кормы судна, профиль которой будет представлен кривой 10. Рост суммарной амплитуды ИГВ 10 приведет к увеличению эффективности разрушения ледяного покрова 1.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, отличающийся тем, что под ледяным покровом дополнительно создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна с одновременной подачей воздуха под лед в район вершины первого за кормой судна гребня волн.

РИСУНКИ

Рисунок 1