Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения льда. Технический результат достигается за счет дифферентовки судна на корму и создания подо льдом гидравлического удара посредством торможения подводного 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 (В.М. Козин, А.В. Онищук "Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна". - ПМТФ, Новосибирск. - Изд-во "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 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: судно дифферентуют на корму, сохраняя его поступательное движение с резонансной скоростью, после чего создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна.

Известно (Войткунский Я.И. Сопротивление 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. после 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.

Очевидно, что мощность гидроудара зависит от количества массы воды попутного потока и от эффективности его торможения. Если судну придать дифферент на корму, сохраняя его поступательное движение, отрыв пограничного слоя будет происходить в габаритных по высоте точках корпуса, т.е. в носовой и кормовой оконечностях судна. Это приведет к увеличению площади поперечного сечения попутного потока, т.е. к увеличению масс воды попутного потока и соответствующему росту его кинетической энергии.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью v_р для возбуждения резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судно дифферентуют на корму, сохраняя скорость его поступательного движения v_р, затем, 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 сдефферентованного судна. Это приведет к торможению попутного потока и скачкообразному увеличению давления в потоке. Вследствие несжимаемости воды это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность ледяного покрова, что вызовет увеличение его деформаций. Одновременно с этим массы воды попутного потока, сохранившие часть своей кинетической энергии и продолжающие по инерции свое поступательное движение, после столкновения с судном начнут отклонятся от прежнего направления движения. Благодаря углу дифферента судна массы воды попутного потока отразятся в направлении к ледяному покрову. 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.

На чертеже показана схема реализации решения.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинает движение подводное судно 2 со скоростью v_р, которое возбуждает систему резонансных ИГВ 3. Одновременно за судном вследствие вязкости воды образуется попутный поток 5.

Если амплитуда возбуждаемых волн 3 недостаточна для разрушения льда 1, то судно 2 дифферентуют на корму на угол Ψ , затем при помощи гребного винта 4 резко останавливают. Попутный поток 5 затормозится, что приведет к увеличению давления в области 6 и увеличению деформаций льда 7. Массы воды попутного потока 5, отразившись от судна 2, сформируют скоростной поток 8, направленный к ледяному покрову 1. Затормозившись от столкновения с ледяным покровом 1, массы воды потока 8 вызовут дополнительное повышение давления и рост амплитуды суммарных ИГВ 9.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, отличающийся тем, что судно дифферентуют на корму, сохраняя его поступательное движение с резонансной скоростью, после чего создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна.

РИСУНКИ

Рисунок 1