Способ разрушения ледяного покрова
Изобретение относится к судостроению и касается технологии ледоразрушения с помощью подводного судна, оказывающего гидродинамическое воздействие на лед при всплытии в сплошном льду. Способ разрушения ледяного покрова подводным судном состоит в том, что ледяной покров разрушают при отсутствии хода у подводного судна посредством сообщения ему максимально допустимого угла крена и вращательного движения относительно вертикальной оси, совпадающей с вертикальной главной центральной осью инерции судна и присоединенных масс воды, возникающих при его вращении. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эффективности ледоразрушения на ограниченных площадях акватории.
Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров путем гидродинамического на него воздействия при их 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. 1994. №2. С.78-91), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью Vp, т.е. скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ в сплошном льду максимальна.
Недостатком способа является невозможность разрушения льда на ограниченных в разводьях по площади участках тонкого ледяного покрова, т.к. для возбуждения ИГВ максимальной амплитуды требуется определенные время и протяженность ледяного покрова.
Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения деформации ледяного покрова при его ограниченных площадях, т.е. в разводьях.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения относительно тонкого ледяного покрова, формирующегося в разводьях, т.е. на ограниченных по площади участках льда, возникающих в более толстом паковом льду при его подвижках.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном.
Отличительные: ледяной покров разрушают при отсутствии хода у подводного судна посредством сообщения ему максимально допустимого угла крена и вращательного движения относительно вертикальной оси, совпадающей с вертикальной главной центральной осью инерции судна и присоединенных масс воды, возникающих при его вращении.
Из работы [1] известно, что для возбуждения подводным судном резонансных ИГВ, способных разрушить ледяной покров, требуется движение судна с резонансной скоростью в течение определенного времени, достаточного для достижения максимальной амплитуды ИГВ. Очевидно, что для выполнения этого условия необходимы соответствующие размеры акватории. В арктических условиях многолетний паковый лед, толщина которого достигает более 5 м, невозможно разрушить даже самыми крупными подводными судами путем возбуждения резонансных ИГВ. Поэтому известный способ [1] может быть реализован в разводьях достаточной протяженности и покрытых льдом гораздо меньшей толщины (разводья возникают в паковых льдах в результате ветроволновых воздействий, волн цунами, приливно-отливных течений и пр.). Как правило, протяженность этих разводий велика, а время их существования ограничено из-за подвижек льда, что при их возникновении в течение года не позволяет нарости ледовым перемычкам до большой толщины. Поэтому при соответствующей ледовой разведке решение [1] становится работоспособным.
Также известно, что в условиях Арктики и Антарктики, как и в условиях берегового шельфа, из-за тех же ветроволновых нагрузок происходят подвижки и разворот массивных участков ледяных полей. В результате этого между ними возникают пространства воды, чистые ото льда, где намерзает ледяной покров тонкий по отношению к паковому льду. Такие участки бывают ограниченными по размерам в плане, что и не позволяет эффективно использовать известный способ для разрушения льда, т.к. на ограниченных площадях развить ИГВ максимальной амплитуды невозможно.
Для достижения заявленного технического результата и предлагается способ, который осуществляется следующим образом.
Под ледяным покровом в его разводье на безопасном заглублении начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых при этом резонансных ИГВ оказывается недостаточной для разрушения льда, то судно возвращают к центру разводья (его предварительно определяют с помощью судовых эхолотов), останавливают и накреняют на угол крена, максимально допустимый для безопасной эксплуатации судна (угол нормируется регистром). Накренение корабля на такой угол, т.е. поворот рубки корабля, позволит максимально его приблизить на минимально безопасное расстояние к нижней кромке ледяного покрова, что, как известно из [1], повысит эффективность гидродинамического воздействия на лед от движущегося судна, т.е. увеличит деформации ледяного покрова. После этого с помощью подруливающих устройств, предварительно установленных на судне, например струйных рулей, установленных в носу и корме судна и ориентированных к диаметральной плоскости судна в противоположные направления с таким расчетом, чтобы при их включении судно начинало вращение вокруг вертикальной оси, совпадающей с вертикальной главной центральной осью инерции судна, место положения ее с учетом присоединенных масс воды предварительно определяют либо расчетом, либо с помощью модельного эксперимента в опытовом бассейне. Такое расположение струйных рулей, как это следует из курса гидромеханики, позволит судну сохранить свое неизменное положение в горизонтальной плоскости относительно оси вращения.
В свою очередь известно (RU 2170687 С1, 15.03.2000), что при вращательном движении тела в районе оси вращения возникает область разрежения, при достаточной степени которой в ледяном покрове возникнут впадина и соответствующие изгибные напряжения. При достижении судном достаточной угловой скорости вращения вокруг вертикальной оси за счет достижения соответствующих центробежных сил область разрежения и изгибные напряжения достигнут предельного значения и ледяной покров разрушится за счет собственного веса. После этого судно всплывет в поле битого льда.
Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, отличающийся тем, что ледяной покров разрушают при отсутствии хода у подводного судна посредством сообщения ему максимально допустимого угла крена и вращательного движения относительно вертикальной оси, совпадающей с вертикальной главной центральной осью инерции судна и присоединенных масс воды, возникающих при его вращении.
