Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающих ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения ледяного покрова. Технический результат достигается за счет повышения точности определения резонансной скорости судна путем установки в носовой оконечности датчиков гидродинамических давлений, измеряющих степень турбулентности пограничного слоя жидкости в верхней части судовой обшивки судна. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения, 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 (1. В.М. Козин, А.В. Онищук "Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна".- ПМТФ, Новосибирск. -Изд-во: ВО "Наука". 1994.- N2.с. 78-81). Известный способ осуществляется следующим образом. Судно всплывает на безопасную глубину и движется подо льдом с резонансной скоростью V_p, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ максимальна. Величина V_p при этом определяется при помощи датчиков перемещения, установленных на поверхности льда.

Недостатком способа является сложность и трудоемкость замеров параметров ИГВ в натурных условиях, т.к. для определения V_p требуется предварительная установка на лед датчиков перемещения.

Сущность изобретения заключается в разработке способа определения V_p.

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

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна с резонансной скоростью V_p, т. е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых волн максимальна.

Отличительные: резонансную скорость определяют и по степени турбулентности жидкости в пограничном слое судовой обшивки датчиками, установленными в одной поперечной плоскости, по крайней мере по одному, в нижней и верхней частях судовой обшивки, сравнивая их показания.

Известно (см. 3. Войткунский Я.И. "Сопротивление движению судов". Л.: Судостроение. - 1988.- 288 с.), что при выходе водоизмещающего судна на мелководье относительная скорость обтекания днища, т.е. нижней части судовой обшивки, возрастает по сравнению с глубокой водой. В результате возрастает число Рейнольдса, что приводит к увеличению степени турбулентности пограничного слоя и, как следствие,- к росту сопротивления воды движению судна. Поскольку движение подводного судна подо льдом в определенной степени аналогично движению обычного судна на мелководье, то у подводного судна также будет повышаться степень турбулентности пограничного слоя только не в нижней, а в верхней части судовой обшивки. По мере развития во льду резонансных ИГВ, кроме стеснения потока из-за близости ледяного покрова, будет возникать дополнительное стеснение из-за искривления нижней поверхности льда, что приводит к дополнительному росту скоростей в пограничном слое верхней части судовой обшивки. При этом максимум скорости обтекания, а значит и максимальная степень турбулентности пограничного слоя, совпадут с максимальной амплитудой ИГВ. Таким образом, увеличивая скорость судна от 0 до некоторого значения и постоянно анализируя степень турбулентности, можно определить скорость, при которой возбуждаемые ИГВ достигнут максимального значения, т.е. резонансную скорость V_p.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на безопасном заглублении, т.е. в непосредственной близости от нижней поверхности льда начинает движение подводное судно, скорость которого постепенно увеличивают от 0 до значения, при котором степень турбулентности жидкости в пограничном слое верхней части судовой обшивки достигает наибольшего значения. Для этого на верхней и нижней частях судовой обшивки в одной поперечной плоскости устанавливают по одному датчику гидродинамических давлений (например, датчики вибрации).

Это необходимо потому, что с увеличением скорости судна как в бесконечном, так и в стесненном потоке жидкости в любой точке судовой обшивки будет возрастать степень турбулентности пограничного слоя. Поэтому для анализа увеличения степени турбулентности пограничного слоя, связанной со стеснением потока в связи с движением судна вблизи ледяного покрова и его деформированием ИГВ, необходимо постоянно сравнивать показания верхнего и нижнего датчиков. Как только разница в показаниях приборов достигнет максимального значения, дальнейшее движение судна осуществляют с найденной таким образом скоростью. Если же скорость судна будет продолжать расти, то режим движения перейдет в закритический, амплитуда ИГВ начнет уменьшаться, соответственно, уменьшится степень турбулентности пограничного слоя из-за уменьшения стесненности потока и разрушение льда прекратится.

Изобретение поясняется графически, где: на фиг.1 показан характер деформаций льда в зависимости от скорости судна.

Под невозмущенным ледяным покровом 1 на заглублении h_o/L (где h₀-глубина погружения судна, L-длина судна) начинает движение подводное судно 2 с возрастающей от 0 скоростью V. По мере приближения скорости V к резонансной V_p в ледяном покрове развиваются ИГВ, что сопровождается уменьшением относительного заглубления судна в носовой оконечности (см. [1]). Когда судно достигнет скорости V_p амплитуда ИГВ достигнет максимального значения (см. кривую 3) а соответствующее заглубление h₁/L - минимального. Появление дополнительного стеснения потока жидкости вследствие деформации льда, т.е. относительного заглубления судна в носовой оконечности, приведет к увеличению скорости обтекания в этом месте и, соответственно, к максимальной степени турбулентности пограничного слоя 4 верхней части судовой обшивки относительно степени турбулентности пограничного слоя 5 нижней части судовой обшивки. Если скорость судна увеличить до V > V_p, то амплитуда ИГВ и относительное заглубление судна h₂/L уменьшатся (см. кривую 6), соответственно, уменьшится степень турбулентности пограничного слоя 4 по отношению к слою 5 и разрушение льда прекратится. Для определения максимальной разницы степени турбулентности пограничных слоев 4 и 5 в носовой оконечности, где формируется впадина ИГВ (см. [1]), в поперечной плоскости судна 7 устанавливают верхний 8 и нижний 9 датчики гидродинамических давлений (например, датчики вибрации). Как только разница в показаниях датчиков 8 и 9 достигнет максимального значения, дальнейшее изменение скорости судна V прекращают и продолжают движение с найденным таким образом значением V_p.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, определяемой с помощью датчиков, отличающийся тем, что упомянутую скорость определяют по степени турбулентности жидкости в пограничном слое судовой обшивки датчиками, установленными в одной поперечной плоскости, по крайней мере по одному, в нижней и верхней частях судовой обшивки, сравнивая их показания.

РИСУНКИ

Рисунок 1