Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров при всплытии. Предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса. Имеющиеся на судне балластные цистерны заполняют забортной водой. Судну при помощи предварительно установленных в его оконечностях подруливающих устройств обеспечивают вращение вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, а в самом тросе предусмотрен вертлюг. Вода засасывается в подруливающие устройства по каналу, входное отверстие которого располагают подо льдом под местом установки якоря. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова. 1 ил.

 

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: судну при помощи предварительно установленных в его оконечностях подруливающих устройств обеспечивают вращение вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, в самом тросе предусмотрен вертлюг, а вода засасывается в подруливающие устройства по каналу, входное отверстие которого располагают под местом установки якоря.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В средней части судна выполняют контейнер, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом и гофрированную трубу, которая служит каналом, по которому вода засасывается в подруливающие устройства, при этом входное отверстие канала располагают подо льдом под местом установки якоря. 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 включают подруливающие устройства. Судно начнет вращаться вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции, что обеспечит его устойчивое вращение (ось вращения не будет отклоняться от вертикали, т.е. энергозатраты на вращение будут минимальными, а вертикальная составляющая силы натяжения троса - максимальной). Параметры подруливающих устройств, обеспечивающих такой режим, определяются предварительно путем проведения соответствующих экспериментов или расчетов. Вращение осуществляют с максимально возможной угловой скоростью, т.е. при полном использовании мощности подруливающих устройств. Предусмотренный в тросе вертлюг будет устранять его скручивание, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, что также будет способствовать обеспечению устойчивости вращения судна (недопущению отклонения троса от вертикального положения). Вода засасывается в подруливающие устройства по каналу, входное отверстие которого располагают подо льдом, т.е. под местом установки якоря. Неизбежно возникающие при этом центробежные силы инерции воды вызовут появление подо льдом области пониженного давления с максимальным разряжением на оси вращения судна, т.е. под установленным якорем. Если и после этого разрушения льда не произойдет, то вращение судна прекращают и под ледяной покров устанавливают гофрированную трубу (канал, по которому вода засасывается в подруливающие устройства), предварительно уложенную в контейнер. Для этого ее заполняют сжатым воздухом и она, благодаря торцевой задвижке, под действием положительных сил плавучести по направляющей в виде якорного троса с помощью скользящих вдоль троса шайб всплывет под ледяным покровом на рациональное заглубление, эффективность величины которого (максимальную скорость воды подо льдом при минимальном расходе воды через нее) определяют экспериментально или теоретически. Затем вновь включают подруливающие устройства и открывают торцевую задвижку трубы, т.е. в нее начнет засасываться забортная вода. Таким образом, подо льдом в месте установки якоря возникнет течение, что, в соответствии с законом Бернулли, приведет к падению давления в этом месте. В результате под ледяным покровом понижение давления произойдет не только за счет возникновения центробежных сил от вращения судна, но и за счет возникновения потока жидкости (течения подо льдом). Дополнительное понижение давления подо льдом вызовет соответствующий рост деформаций и сопутствующих изгибных напряжений в ледяном покрове, что позволит достичь заявленный технический результат.

Изобретение поясняется графически.

В средней части судна 1 выполняют контейнер 2, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом и гофрированную трубу (эти позиции не показаны). При возникновении необходимости всплытия судно 1 подвсплывает на безопасное заглубление Н и останавливается. Затем из контейнера 2 в вертикальном направлении выстреливается, например при помощи порохового заряда, якорь 3. После выхода якоря 3 из-подо льда 4 его лапы 5 автоматически раскрываются. Затем забортной водой заполняют балластные цистерны 6. Судно приобретет отрицательную плавучесть D и начнет натягивать якорный трос 7, создавая при этом вертикальную нагрузку на лед Р, равную D. Если при полном заполнении балластных цистерн 6 под якорем 3 не произойдет разрушения ледяного покрова, то включают подруливающие устройства 8. Предусмотренный в тросе вертлюг 9 будет устранять его скручивание. Если и после этого разрушения льда не произойдет, то вращение судна прекращают и под ледяной покров устанавливают гофрированную трубу 10. Для этого ее заполняют сжатым воздухом и она, благодаря торцевой задвижке 11, под действием положительных сил плавучести по направляющей в виде якорного троса с помощью скользящих вдоль троса шайб 12 всплывет под ледяным покровом на необходимое рациональное заглубление H₁. Затем вновь включают подруливающие устройства 8 и открывают торцевую задвижку трубы 11, т.е. в нее начнет засасываться забортная вода. Таким образом, подо льдом в месте установки якоря возникнет течение 13, что, в соответствии с законом Бернулли, приведет к падению давления в этом месте. В результате под ледяным покровом возникнет область пониженного давления 14 не только за счет возникновения центробежных сил от вращения судна, но и за счет возникновения потока жидкости 13.

Понижение давления вызовет соответствующий рост изгибных напряжений, что позволит достичь заявленный технический результат.

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 судну при помощи предварительно установленных в его оконечностях подруливающих устройств обеспечивают вращение вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, в самом тросе предусмотрен вертлюг, а вода засасывается в подруливающие устройства по каналу, входное отверстие которого располагают под местом установки якоря.