Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров. Способ разрушения ледяного покрова подводным судном заключается в том, что во льду возбуждают резонансные изгибно-гравитационные волны при движении судна подо льдом с резонансной скоростью. Производят неоднократные повторные проходы судна под полем разрушаемого льда. Количество проходов ограничивают числом, превышение которого не приводит к увеличению интенсивности вибрации гребного винта судна. Повторные проходы судна осуществляют с критической скоростью. Изобретение направлено на повышение безопасности всплытия подводного судна в ледовых условиях. 1 з.п. ф-лы.

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. Козин В.М., Онищук А.В. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. - ПМТФ, Новосибирск, Изд-во ВО “Наука”, 1994, №2, с.78-91), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью V_p, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ в сплошном льду максимальна.

Недостатком способа является низкая безопасность всплытия подводного судна в разрушенном ИГВ льду после прохода судна под сплошным льдом с резонансной скоростью.

Сущность изобретения заключается в увеличении степени разрушения ледяного покрова до максимально возможной при резонансном способе разрушения льда и определении момента ее наступления.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении безопасности всплытия подводного судна в ледовых условиях.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения ИГВ при его движении с резонансной скоростью.

Отличительные: в процессе движения производят неоднократные повторные проходы судна под полем разрушаемого льда, при этом количество проходов судна ограничивают числом, превышение которого не приводит к увеличению интенсивности вибрации гребного винта судна, а повторные проходы судно осуществляет с критической скоростью.

Известно (2. Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. - Л.: Судостроение, 1968 г., 240 с.), что повторные проходы судна по полю битого льда увеличивают степень его разрушения (уменьшают размеры обломков льда). При этом уменьшается ледовое сопротивление, а максимальные поперечные размеры льдин не превышают 3-5 толщины льда, т.е. битый лед превращается в мелкобитый, который перестает оказывать значительное сопротивление движению судна. Очевидно, что аналогичные процессы, т.е. измельчение обломков льда, будут сопровождать и повторные проходы подводного судна под ледяным покровом, разрушенным резонансными ИГВ от первого прохода.

Также известно (3. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967 г., 272 с.), что ИГВ при разрушении льда трансформируются в гравитационные, т.е. битый лед перестает влиять на скорость и частоту волн. При этом длина волн уменьшается, а амплитуда возрастает.

Известно и то (4. 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. 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 обшивки. При этом максимум скорости обтекании, а значит и максимальная степень турбулентности пограничного слоя, совпадут с максимальной амплитудой ИГВ.

Также известно (5. Лукашевич А.А., Перник А.Д., Фирсов Г.А. Теория корабля, Судпромгиз, 1950, с.382), что в диске гребного винта судна всегда существует неравномерность потока. Очевидно, что это вызывает вибрацию лопастей гребного винта. В свою очередь неравномерность потока (его турбулентность) усугубляется при наличии его стеснения [4]. Таким образом, вибрация гребного винта, т.е. степень стеснения потока (интенсивность ИГВ) может служить критерием степени разрушения льда.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на безопасном заглублении, т.е. в непосредственной близости от нижней поверхности льда начинает движение подводное судно с резонансной скоростью. Если степень разрушения (размеры обломков) льда от возбужденных резонансных ИГВ окажется недостаточной для безопасного всплытия (размеры льдин будут слишком велики) подводного судна в районе выполнения ледокольных работ, т.е. при всплытии судна крупнобитый лед может повредить элементы конструкции судна, то судно совершает повторные проходы подо льдом в месте предполагаемого всплытия (безопасные размеры льдин определяют путем предварительных соответствующих расчетов прочности судна при его всплытии в битом льду). При этом размеры обломков льда могут быть определены при помощи судовых приборов радиолокации. Скорость судна при повторных проходах должна равняться критической (гербовой), т.е. соответствующей максимальному волновому сопротивлению. Ее значение можно определить при помощи датчика гидростатического давления, расположенного в верхней носовой части судна в месте наиболее вероятного расположения вершины ИГВ (максимальное значение давления будет соответствовать максимальному сопротивлению судна, т.е. максимальной амплитуде волн в битом льду). Большая кривизна профиля гравитационных волн по сравнению с кривизной ИГВ вызовет в обломках льда большие изгибные напряжения, что приведет к их измельчению, т.е. увеличению степени разрушения льда и амплитуды волн. После каждого повторного прохода судна производят сравнение показаний стандартного датчика интенсивности вибрации гребного винта, предварительно установленного на подшипнике вала гребного винта в кормовой оконечности судна, при этом проходе с предыдущим. Увеличение показаний датчика (рост интенсивности вибрации) после каждого прохода будет указывать на то, что после очередного прохода судна степень разрушения льда возросла. Последующие проходы подо льдом в районе выполнения ледокольных работ (месте всплытия) осуществляют до тех пор, пока не будет обеспечена безопасность всплытия, т.е. размеры обломков льда не будут оказывать опасного воздействия на элементы конструкций судна при его всплытии. При этом после каждого прохода определяют степень разрушения льда путем сравнивания показаний датчиков до и после очередного прохода.

Если после очередного прохода судна с критической скоростью не произошло изменений в показаниях датчика интенсивности вибрации, то это значит, что степень разрушения льда достигла максимального значения (размеры обломков льда стали минимальными). После этого судно прекращает повторные проходы и всплывает в поле мелкобитого льда.

Формула изобретения

1. Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью, отличающийся тем, что производят неоднократные повторные проходы судна под полем разрушаемого льда, при этом количество проходов ограничивают числом, превышение которого не приводит к увеличению интенсивности вибрации гребного винта судна.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что повторные проходы судно осуществляет с критической скоростью.