Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом при их всплытии в сплошном льду. Предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном, который заключается в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью. Во время движения судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в его носовой оконечности гидродинамических вихрей. Плохообтекаемую форму судну придают периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, в течение времени, равного половине периода этих волн. Достигается повышение эффективности разрушения ледяного покрова. 1 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом.

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми подводным судном при его движении подо льдом с резонансной скоростью. При его осуществлении во время движения судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в его носовой оконечности гидродинамических вихрей, что увеличивает волновое сопротивление судна, т.е. ледоразрушающую способность возбуждаемых им ИГВ (1. Патент RU 2213022 – принят автором и заявителем за прототип).

Недостатком способа является ограниченность высоты возбуждаемых ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения высоты возбуждаемых ИГВ.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение:

Ограничительные: ледяной покров разрушают подводным судном путем возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, при этом во время движения судну придают плохообтекаемую форму посредством формирования в его носовой оконечности гидродинамических вихрей.
Отличительные: плохообтекаемую форму судну придают периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, в течение времени, равном половине периода этих волн.

Известно (2. 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 повышенного 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 [3]:

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

В этом случае при перемещении льда вверх от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вверх, а при перемещении льда вниз эти силы будут исчезать. Таким образом, длительность воздействия области повышенного давления на нижнюю поверхность льда в области вершины 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.

Способ осуществляют следующим образом.

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью.

Если высота возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то судну придают плохообтекаемую форму посредством формирования в его носовой оконечности гидродинамических вихрей. Если и это не приведет к разрушению льда, то плохообтекаемую форму судну придают периодически с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, за счет периодического создания области повышенного давления в его носовой оконечности, в течение времени, равном половине периода этих волн. В результате к основным ИГВ, возбуждаемых от поступательного движения судна, возникнет дополнительная система резонансных ИГВ. Наложение этих волн на основные приведет к периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ и, соответственно, - изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. повышению эффективности его разрушения.

Изобретение поясняется графически.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью х_p. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то при помощи входных каналов 4 и выходных каналов 5, а также насосов 6 в носовой оконечности судна 2 формируют вихри 7. В результате первоначальные линии тока 8 будут отклоняться до положения 9. За счет этого давление в носовой оконечности судна 2 возрастет, что вызовет увеличение высоты от ИГВ 3 до ИГВ 10. Если и это не приведет к разрушению льда, то вихри 7 формируют периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равном половине периода этих волн. В результате высота суммарных волн будет периодически возрастать до ИГВ 11.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, при этом во время движения судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в его носовой оконечности гидродинамических вихрей, отличающийся тем, что плохообтекаемую форму судну придают периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, в течение времени, равного половине периода этих волн.