Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к ледокольным работам. Предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью, при этом в носовой оконечности судна формируют цилиндрический вихрь, ось вращения которого горизонтальна и перпендикулярна направлению движения судна, а его габариты превышают диаметр корпуса судна. Благодаря появлению вертикальной гидродинамической силы, возникающей в этих условиях из-за эффекта Магнуса, достигается увеличение высоты изгибно-гравитационных волн. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения ледяного покрова. 2 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом, то есть путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) (см. 1 Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты М.: Издательство «Академия Естествознания», 2007-355 с.).

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными ИГВ определенной высоты, возбуждаемыми подводным судном (2. В.М. Козин, А.В. Онищук. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. - ПМТФ, Новосибирск, ВО «Наука», 1994, №2, 78-81).

Известный способ осуществляется следующим образом. Судно всплывает на безопасную глубину и движется подо льдом с резонансной скоростью V_p, то есть со скоростью, при которой высота возбуждаемых ИГВ максимальна.

Недостатком способа является ограниченность высоты ИГВ, то есть их ледоразрушающей способности, которая при резонансной скорости судна определяется заглублением и воздоизмещением последнего [2].

Задачей заявляемого изобретения является увеличение высоты ИГВ.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении эффективности разрушения льда, то есть в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушают подводным судном путем возбуждения во льду ИГВ при его движении подо льдом с резонансной скоростью.

Отличительные: в носовой оконечности судна формируют цилиндрический вихрь, ось вращения которого горизонтальна и перпендикулярна направлению движения судна, а его габариты превышают диаметр корпуса судна.

Известно (3. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. - 742 с., см. на стр. 360), что возникающий на вращающемся цилиндре пограничный слой, взаимодействуя с набегающим на него поперечным потоком, приводит к возникновению поперечной силы. Это явление известно под названием эффекта Магнуса (оно проявляется, в частности, при полете теннисного мяча при срезывающем ударе). Поперечная сила появляется вследствие разницы скоростей, возникающей при гидродинамическом взаимодействии пограничного слоя и потока жидкости. Там, где направления скоростей совпадают результирующая (суммарная) скорость возрастает и наоборот, что, в соответствии с уравнением Бернулли, приводит к появлению перепада давления, то есть к возникновению поперечной силы. Очевидно, что аналогичные процессы будут происходить и при взаимодействии вихря с набегающим потоком.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на безопасной глубине начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью [1]. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то во время движения судна его рубку размещают под перегибом профиля ИГВ, а в его носовой оконечности при помощи гидродинамической системы, состоящей из трубопроводов и насосов, формируют цилиндрический вихрь, ось вращения которого горизонтальна и перпендикулярна направлению движения судна. С его помощью создают поток таким образом, чтобы его продольные составляющие скоростей над верхней палубой совпадали с направлением движения судна, а под днищем судна были направлены противоположно направлению движения судна. Это условие обеспечивают габаритами вихря, превышающими диаметр корпуса судна. В результате суммарная скорость обтекания верхней палубы уменьшиться (так как продольные составляющие скорости вихря будут направлены противоположно скорости набегающего потока), а днища - возрастет. Это приведет к возникновению области повышенного давления над верхней палубой и пониженного давления под днищем, то есть появлению вертикальной силы, направленной вниз. Для компенсации этой силы, возникающей за счет эффекта Магнуса, горизонтальные рубочные рули перекладывают на положительный угол атаки. В результате под нагнетающей поверхностью рулей возникнет область повышенного давления, а под засасывающей - область пониженного давления. Поскольку при осуществлении способа рули будут расположены в точке перегиба ИГВ, то возникающая область повышенного давления под вершиной ИГВ и область пониженного давления под впадиной ИГВ вызовут увеличение результирующей высоты ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.

Реализация изобретения поясняется графически, где: на фиг. 1 показан вид на подводное судно и деформированный ледяной покров сбоку; на фиг. 2 - вид на судно сверху.

Под ледяным покровом 1 на безопасной глубине Н перемещают подводное судно 2 с резонансной скоростью V_p (фиг 1). Если высота возбуждаемых при этом ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то формируют вихрь 4 (фиг 1, 2). Для компенсации возникшей силы Р горизонтальные рубочные рули из положения 5 перекладывают в положение 6 с положительным углом атаки α (фиг. 1). В результате возникнут области повышенного давления 7 и пониженного давления 8, вследствие чего высота ИГВ 3 возрастет до высоты ИГВ 9 (фиг. 1).

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью, отличающийся тем, что в носовой оконечности судна формируют цилиндрический вихрь, ось вращения которого горизонтальна и перпендикулярна направлению движения судна, а его габариты превышают диаметр корпуса судна.