Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Предложен способ разрушения ледяного покрова, заключающийся в возбуждении подводным судном во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при котором на корпусе судна на верхней поверхности его носовой оконечности устанавливают упругое покрытие, которое периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн закрывают и обнажают при помощи экрана на время, равное половине периода этих волн. Достигается повышение эффективности разрушения льда подводным судном. 1 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты / М.: Изд-во «Академия Естествознания» , 2007.- 355 с. ISBN 978-5-91327-017-7).

Известно техническое решение, принятое в качестве прототипа (2. RU 2231466 С1, 27.06.2004), в котором для разрушения ледяного покрова путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) используется подводное судно. На верхней поверхности его корпуса в носовой оконечности устанавливают упругое покрытие.

Недостатком решения является недостаточная амплитуда возбуждаемых им ИГВ, т.е. его ледоразрушающая способность.

Сущность изобретения заключается в разработке способа, увеличивающего амплитуду ИГВ, возбуждаемых при поступательном движении подводного судна.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при котором на корпусе судна на верхней поверхности его носовой оконечности устанавливают упругое покрытие.

Отличительные: покрытие периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн закрывают и обнажают при помощи экрана на время, равное половине периода этих волн.

Известно (3. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. - Л.: Судостроение, 1998. - 288 с.), что практически на всей судовой поверхности при движении судна формируется турбулентный пограничный слой. Если же на каком-либо участке поверхности ламинизировать режим обтекания, то это приведет к увеличению скорости движения частиц жидкости на этом участке, что, в свою очередь, в соответствии с законом Бернулли приведет к понижению давления в этом месте. Одним из способов перевода турбулентного режима в ламинарный является размещение на поверхности корпуса судна упругого покрытия (см. [3] на стр.95).

В работе [1] показано, что зарождение системы ИГВ происходит непосредственно над его источником (подводным судном). Поэтому вносимые в поток возмущения в области генерации ИГВ окажут прямое воздействие на процесс их развития. Поскольку первая впадина прогрессивных ИГВ формируется над корпусом судна [1] в носовой оконечности, то появляется возможность воздействовать на реакцию упругого основания (воды) от деформирования ледяного покрова в пределах длины судна. Очевидно, что это воздействие должно быть направлено на уменьшение силы поддержания воды в районе впадины ИГВ, т.к. понижение давления в этом месте вызовет увеличение ее глубины и соответствующий рост изгибных напряжений в ледяной пластине. В свою очередь, это повысит эффективность разрушения льда подводным судном.

Также известно (4. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с.), что периодическое приложение нагрузки к ледяному покрову с частотой резонансных ИГВ значительно увеличивает его деформации по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при таких воздействиях возникают резонансные ИГВ. Таким образом, если под ледяным покровом периодически создавать дополнительную область пониженного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Для их благоприятной интерференции, т.е. достижения максимального периодического возрастания высоты суммарных ИГВ, необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [4]:

где: D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; ρ_л - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.

В этом случае при перемещении льда вниз от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вниз, а при перемещении льда вверх эти силы будут исчезать. Таким образом, длительность воздействия области пониженного давления на нижнюю поверхность льда в области подошвы ИГВ будет равна полупериоду резонансных ИГВ, т.е. способствовать максимальному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В носовой оконечности судна на его верхней поверхности в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ устанавливают упругое покрытие. При движении судна с резонансной скоростью V_p возникнут резонансные ИГВ, первая впадина которых окажется над участком судовой поверхности с упругим покрытием. Движение судна с Vp будет неизбежно сопровождаться формированием турбулентного пограничного слоя на всей его поверхности, кроме участка, покрытого упругим слоем. В этом месте частицы жидкости начнут двигаться с большей средней скоростью (возрастет полнота эпюры скоростей в пограничном слое), что приведет к понижению давления и, соответственно, увеличению глубины впадины ИГВ, т.е. их амплитуды. В результате повысятся изгибные напряжения в ледяном покрове и эффективность его разрушения. Если и это не приведет к разрушению льда, то упругое покрытие периодически с частотой резонансных ИГВ начинают закрывать и обнажать при помощи экрана (например, по принципу «шкаф-купе») на время, равное половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, накладывающихся на основные ИГВ. В результате интерференции этих волн их амплитуда, соответственно, и изгибные напряжения, будут периодически возрастать, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова.

Изобретение поясняется графически.

В носовой части 1 судна 2 устанавливают упругое покрытие 3, например виниловое. При движении судна со скоростью V_p первая впадина ИГВ 5 окажется над покрытием 3 на поверхности судна 1, которое периодически с частотой резонансных ИГВ закрывают и обнажают на время, равное половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ 4, накладывающихся на основные ИГВ 5. В результате интерференции этих волн их суммарная высота будет периодически возрастать до ИГВ 6, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при котором на корпусе судна на верхней поверхности его носовой оконечности устанавливают упругое покрытие, отличающийся тем, что покрытие периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн закрывают и обнажают при помощи экрана на время, равное половине периода этих волн.