Устройство для разрушения ледяного покрова
Изобретение относится к судостроению и касается создания подводных ледоколов, разрушающих ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, выполненного с возможностью двигаться подо льдом с резонансной скоростью, подавать под лед воздух в процессе его движения и последующей остановки. В корме судна выполнены каналы, снабженные клапанами. Клапаны выполнены с возможностью открытия и закрытия с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн с помощью предварительно установленных приводов. Каналы посредством трубопроводов соединены с баллонами сжатого воздуха, установленными на подводном судне. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном. 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 решения, в котором для разрушения ледяного покрова используется подводное судно, возбуждающее резонансные изгибно-гравитационные волны (ИГВ) при своем движении и создающее гидравлический удар по льду снизу посредством своего торможения и одновременной подачи воздуха под лед в район вершины первого за кормой судна гребня волн (RU 2161578, С1 07.02.2000).
Недостатком решения является его ограниченная ледоразрушающая способность, т.е. недостаточная амплитуда возбуждаемых ИГВ при его реализации.
Сущность изобретения заключается в разработке устройства для увеличения амплитуды ИГВ.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном.
Существенные признаки, характеризующие изобретения.
Ограничительные: Устройство для разрушения ледяного покрова, состоящего из подводного судна, способного двигаться подо льдом с резонансной скоростью, подавать под лед воздух в процессе его движения и затем останавливаться.
Отличительные: В корме судна выполняют каналы и снабжают их клапанами, которые открывают и закрывают с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, с помощью предварительно установленных приводов, при этом каналы посредством трубопроводов соединяют с баллонами сжатого воздуха, устанавливаемых на подводном судне.
Известно (см. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. Л.: Судостроение. - 1988. - 288 с.), что при движении тела в жидкости за ним вследствие ее вязкостных свойств и из-за отрыва пограничного слоя образуется попутный поток, т.е. струя поступательно движущейся за телом жидкости большой протяженности (много больше длины ИГВ). 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. Поскольку протяженность попутного потока больше длины ИГВ, то его накопленную энергию можно использовать неоднократно в процессе торможения судна за счет формирования в его корме воздушных полостей. Если в процессе торможения судна за его кормой периодически с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, формировать воздушные полости путем соответствующей подачи воздуха из корпуса судна за борт, то это приведет к появлению подо льдом периодической податливой (сжимаемой) области, т.к., благодаря высокой сжимаемости воздуха по отношению к сжимаемости воды, последняя из области повышенного давления, возникшей в корме при торможении судна, устремится в направлении наименьшего гидравлического сопротивления, т.е. в область воздушной полости. Получив в результате этого дополнительную скорость, массы воды вытеснят воздух и мгновенно остановятся при соударении с кормой судна. Таким образом, произойдет концентрация потенциальной энергии давления и кинетической энергии воды при гидроударе в корме судна. Периодическое же приложение подо льдом давления с резонансной частотой соответственно приведет к возбуждению во льду дополнительных резонансных ИГВ (см. Д.Е.Хейсин. Динамка ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, - 1967. - 227 с.). В результате на возбужденные от поступательного движения судна основные резонансные ИГВ належатся дополнительные резонансные ИГВ, возникающие в процессе - торможения судна и периодического формирования за его кормой воздушной полости. Наложение этих колебаний вызовет рост суммарной амплитуды ИГВ и их эффективность разрушения льда.
Изобретение поясняется чертежом и осуществляется следующим образом.
На подводном судне 1 в его кормовой оконечности выполняют каналы 2, которые снабжают клапонами 3 и приводят в движение с помощью приводов 4. Каналы 2 посредством трубопроводов 5 соединяют с баллонами сжатого воздуха 6.
Под ледяным покровом 7 на заданном заглублении Н начинают перемещать подводное судно 1 со скоростью vp для возбуждения резонансных ИГВ 8. Если амплитуда этих волн окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова 7, то судно, например, а за счет реверса гребных винтов 9 начинают тормозить. Одновременно с торможением судна 1 с помощью баллонов сжатого воздуха 6 для продувки цистерн главного балласта за кормой судна периодически с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, формируют воздушную полость 10 путем соответствующей подачи из корпуса судна воздуха за борт. Для этого клапоны 2, соединенные посредством трубопроводов 5 с баллонами сжатого воздуха 6, открывают и закрывают при помощи приводов 4 и клапанов 3 с частотой, равной частоте резонансных ИГВ. Попутный поток 11, сформировавшийся за судном при его поступательном движении, продолжая по инерции свое движение, встретит на своем пути воздушную полость 10, что вызовет его ускорение, а затем после ее прохождения - препятствие в виде остановившегося судна 1. Это приведет к скачкообразному увеличению давления в районе кормы судна 12. Вследствие несжимаемости воды это давление мгновенно передастся во всех направлениях, в том числе и в направлении 13 к нижней поверхности ледяного покрова в районы вершин ИГВ 8, что вызовет возбуждение во льду дополнительных резонансных ИГВ 14. В результате на основные ИГВ 8, возбужденные от поступательного движения судна, наложатся дополнительные резонансные ИГВ 14, возникающие при торможении судна и периодического формирования за его кормой воздушной полости 10. Суммирование этих колебаний до профиля волны 15 повысит эффективность разрушения льда 7.
Устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного двигаться подо льдом с резонансной скоростью, подающего под лед воздух в процессе его движения и способного затем останавливаться, отличающееся тем, что в корме судна выполняют каналы и снабжают их клапанами, которые открывают и закрывают с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, с помощью предварительно установленных приводов, при этом каналы посредством трубопроводов соединяют с баллонами сжатого воздуха, устанавливаемыми на подводном судне.
