Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров при всплытии. Ледяной покров предлагается разрушать подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса. Имеющиеся на судне балластные цистерны заполняют забортной водой. Судно при помощи гребного винта и рулевого устройства перемещают по круговой траектории с линейной скоростью, равной скорости резонансных изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове. Длину троса и диаметр циркуляции выбирают минимальными из условий обеспечения безопасного заглубления судна и его технических возможностей, а в тросе устанавливают вертлюг. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова.

 

Изобретение относится к области ледотехники, в частности, к подводным судам, разрушающим ледяной покров при их всплытии в сплошном льду.

Известно техническое решение (1. RU 2651321 С1,), в котором ледяной покров предлагается разрушать подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса. Имеющиеся на судне балластные цистерны заполняют забортной водой, тем самым обеспечивая создание отрицательной силы плавучести. Под ледяным покровом на якорном тросе установлен нагревательный элемент. В результате его включения подо льдом в месте установки якоря возникнет область воды с повышенной температурой, т.е. с меньшей ее плотностью. Прогибы ледяного покрова возрастут, что увеличит изгибные напряжения во льду, а значит, и толщину разрушаемого льда при неизменной отрицательной силе плавучести.

Недостатком решения является его низкая эффективность из-за высокой теплоемкости воды и незначительного изменения ее плотности при нагревании.

Сущность изобретения заключается в разработке способа, позволяющего увеличить прогибы льда.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении его эффективности, т.е. увеличении толщины разрушаемого льда.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой.

Отличительные: судно при помощи гребного винта и рулевого устройства перемещают по круговой траектории с линейной скоростью, равной скорости резонансных изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове, при этом длину троса и диаметр циркуляции выбирают минимальными из условий обеспечения безопасного заглубления судна и его технических возможностей, а в тросе устанавливают вертлюг.

Общеизвестно, что при движении судна по круговой траектории, т.е. во время установившейся циркуляции, оно перемещается с углом дрейфа (нос судна смещается внутрь кривой циркуляции, а корма - во внешнюю сторону). Вследствие этого на внутренней стороне борта судна будет возникать область пониженного давления, а на противоположной - повышенного, что вызовет соответствующее волнообразование, при этом с уменьшением диаметра циркуляции интенсивность волнообразования возрастает.

Также известно (2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967 - 218 с.), что при возбуждении в ледяном покрове динамическими нагрузками ИГВ, распространяющихся с резонансными скоростями, их амплитуда резко возрастает, что может привести к разрушению льда с наименьшими энергозатратами.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В средней части судна выполняют контейнер, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом. При возникновении необходимости всплытия судно подвсплывает на безопасное заглубление и останавливается. Затем из контейнера в вертикальном направлении выстреливается, например при помощи порохового заряда, якорь в сложенном состоянии. Для пробивания льда, т.е. для создания во льду лунки, может быть использована, например, струя кумулятивного заряда, установленного в головной части якоря. После выхода якоря из-подо льда его лапы автоматически раскрываются (по принципу раскрывающегося зонта), и он прикрепляется ко льду. Затем забортной водой заполняют балластные цистерны. Судно приобретет отрицательную плавучесть и начнет натягивать якорный трос, создавая при этом вертикальную нагрузку на лед. Если при полном заполнении балластных цистерн под якорем не произойдет разрушения ледяного покрова, то судно при помощи гребного винта и рулевого устройства начинают перемещать по круговой траектории (установившейся циркуляции) с линейной скоростью, равной скорости распространения резонансных ИГВ в ледяном покрове. В результате к статической нагрузке на ледяной покров от заполнения водой балластных цистерн добавятся знакопеременные изгибные напряжения от возбуждаемых ИГВ. С целью увеличения суммарных изгибных напряжений в ледяном покрове длину троса выбирают наименьшей, обеспечивая условия минимально безопасного заглубления судна, что увеличит амплитуду возбуждаемых ИГВ (3. В.М. Козин и др. Экспериментальные исследования влияния ледовых условий на эффективность разрушения ледяного покрова изгибно-гравитационными волнами от движения подводных судов. Ин-т машиноведения и металлургии ДВО РАН. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2017. 142 с., ISBN 978-5-7692-1565-0). Диаметр циркуляции с учетом технических характеристик судна также выбирают наименьшим с целью увеличения нагрузки на ледяной покров от дополнительного волнообразования, что также вызовет дополнительный рост изгибных напряжений в ледяном покрове. В результате возникновения дополнительных динамических нагрузок при осуществлении изобретения максимальные суммарные изгибные напряжения во льду возрастут, что позволит достичь заявленный технический результат. В тросе устанавливают вертлюг, который исключит его скручивание при вращении судна.

Изобретение не нуждается в графическом пояснении.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой, отличающийся тем, что судно при помощи гребного винта и рулевого устройства перемещают по круговой траектории с линейной скоростью, равной скорости резонансных изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове, при этом длину троса и диаметр циркуляции выбирают минимальными из условий обеспечения безопасного заглубления судна и его технических возможностей, а в тросе устанавливают вертлюг.