Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Под ледяным покровом дополнительно создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна и отклонения масс воды попутного потока в направлении к ледяному покрову в район вершины изгибно-гравитационной волны. Отклоняют массы воды попутного потока при помощи пластин, установленных в верхней кормовой части судна. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения льда. 1 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к подводным судам, плавающим 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 (Козин В.М., Онищук А.В. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. ПМТФ. - Новосибирск: Наука, 1994. - N 2, с. 78-81), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с разонансной скоростью U_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: oграничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении; oтличительные: под ледяным покровом дополнительно создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна и отклонения масс воды попутного потока в направлении к ледяному покрову в район вершины изгибно-гравитационной волны, причем отклоняют массы воды попутного потока при помощи пластин, установленных в верхней кормовой части судна.

Известно (Войткунский Я.И. Сопротивление воды движению судов.- Л.: Судостроение. - 1988. - 288 с. ), 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. В результате ледоразрушающая способность судна возрастет. Однако при торможении судна только часть кинетической энергии попутного потока превратится в потенциальную энергию повышенного давления, т.к. при его столкновении с судном массы воды продолжат по инерции свое поступательное движение с уменьшенной скоростью, обтекая корпус судна. Если эти массы воды попутного потока отклонить, направив их в сторону ледяного покрова, то это вызовет дополнительное повышение давления, т. к. образовавшийся скоростной поток, встретив на своем пути препятствие в виде ледяного покрова, также затормозится. Таким образом мощность суммарного гидроудара возрастет, что повысит эффективность разрушения льда подводным судном.

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. 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 на нижнюю поверхность ледяного покрова, что вызовет увеличение деформации льда. Одновременно с торможением судна начинают отклонять, например, при помощи установленных в верхней кормовой части судна пластин массы воды попутного потока, обтекающие по инерции судно и сохраняющие часть своей кинетической энергии. При этом пластины закрепляют на верхней части корпуса шарнирно и поворачивают на угол, обеспечивающий отклонение масс воды попутного потока в направлении к ледяному покрову в район вершины ИГВ. Затормозившись от столкновения с ледяным покровом, эти массы воды вызовут дополнительное повышение давления. В свою очередь это приведет к дополнительному увеличению амплитуды и соответствующему повышению эффективности разрушения льда.

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 тормозят (например, за счет реверса гребного винта 5). 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 6. Поскольку воду при реальных скоростях эксплуатации судов можно считать несжимаемой, то это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность льда 1 и приведет к появлению волны вспучивания 7. Одновременно с торможением судна при помощи пластины 8 начинают отклонять массы воды попутного потока 9, обтекающие по инерции верхнюю часть корпуса судна 2. При этом пластины 8 закрепляют на верхней части корпуса при помощи шарниров 10 и поворачивают на угол , обеспечивающий отклонение массы воды попутного потока 9 в направлении к ледяному покрову в район вершины ИГВ 7. Затормозившись от столкновения с ледяным покровом 1, массы воды 9 вызовут дополнительное увеличение амплитуды ИГВ 11. Сложение ИГВ 3, волн вспучивания 7 и 11 приведет к увеличению суммарных деформаций льда, т.е. к увеличению амплитуды волны, профиль которой будет представлен кривой 12. Рост суммарной амплитуды ИГВ 12 приведет к увеличению эффективности разрушения ледяного покрова 1.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении, отличающийся тем, что под ледяным покровом дополнительно создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна и отклонения масс воды попутного потока в направлении к ледяному покрову в район вершины изгибно-гравитационной волны, причем отклоняют массы воды попутного потока при помощи пластин, установленных в верхней кормовой части судна.

РИСУНКИ

Рисунок 1