Способ разрушения ледяного покрова

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2778464:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом под первым за кормой судна гребнем волны размещают и буксируют со скоростью судна тело с положительной плавучестью. В процессе буксировки тела длину буксировочного троса периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн изменяют в течение времени, равного половине их периода. За счет изменения длины троса телу сообщают перемещения в пределах половины длины резонансных изгибно-гравитационных волн. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения ледяного покрова. 1 ил.

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом, т.е. путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) (В.М. Козин. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Академия Естествознания. 2007. 355с. ISBN 978-5-91327-017-7, см. с. 5-9).

Известно техническое решение (патент RU 2149795 - принят за прототип), в котором предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ. При его осуществлении одновременно с движением судна под первым гребнем волны, возникающей за кормой судна, размещают и буксируют со скоростью судна тело с положительной плавучестью.

Недостатком способа является ограниченная возможность увеличения амплитуды ИГВ, т.е. его ледоразрушающей способности.

Задача изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды возбуждаемых ИГВ.

Технический результат заключается в увеличения амплитуды возбуждаемых ИГВ, что приводит к увеличению толщины разрушаемого ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ, при этом под первым за кормой судна гребнем волны размещают и буксируют со скоростью судна тело с положительной плавучестью.

Отличительные: в процессе буксировки тела длину буксировочного троса периодически с частотой резонансных ИГВ изменяют в течение времени, равном половине их периода, при этом за счет изменения длины троса телу сообщают перемещения в пределах половины длины резонансных ИГВ.

Очевидно, чт, если на резонансные ИГВ, возбуждаемые движущимся подводным судном (основную волновую систему), подействовать дополнительными периодическими нагрузками с частотой этих волн, то вследствие интерференции основной волновой системы и дополнительной, создаваемой дополнительными нагрузками, произойдет увеличение суммарной амплитуды ИГВ. Создать такие нагрузки можно за счет возвратно-поступательных движений, сообщаемых телу посредством изменения длины буксирующего его троса. Создание такого движения приведет по сравнению с прототипом к периодическому увеличению скорости обтекания тела при его перемещении, совпадающим по направлению с движением судна, и уменьшению - при перемещении тела в противоположном направлении. В результате этого перед буксируемым телом будет периодически с частотой резонансных ИГВ возникать область повышенного давления, что приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ. Очевидно, что для благоприятной интерференции этих волновых систем (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 (Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967. - 218 с., см. с. 136):

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 дополнительных ИГВ величина давления подо льдом будет уменьшаться, т.к. тело будет перемещаться в направлении, противоположном направлению движения судна, а это приведет к уменьшению скорости его обтекания набегающим потоком по сравнению со скоростью, когда такое перемещение отсутствует (как у прототипа). При перемещении льда вверх от дополнительных ИГВ величина давления подо льдом будет увеличиваться, т.к. тело будет перемещаться в направлении, совпадающим с направлением движения судна, а это приведет к увеличению скорости его обтекания набегающим потоком по сравнению со скоростью, когда такое перемещение отсутствует (как у прототипа). Таким образом, под ледяным покровом периодически с частотой резонансных ИГВ будет возникать область повышенного давления в течение времени, равном половине периода эти волн. В результате возникнет дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова, что приведет к периодическому увеличению изгибных напряжений в ледяном покрове.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то в процессе движения судна под ледяным покровом размещают и буксируют тело с положительной плавучестью (например, эластичную емкость, заполненную воздухом). При помощи буксира его располагают под первым за кормой судна гребнем (вершиной) волны. Сила выталкивания воды (архимедова сила), действующая на тело, будет увеличивать высоту гребня, т.е. амплитуду ИГВ, за кормой судна. В зависимости от толщины льда объем тела увеличивают путем подкачки в него сжатого воздуха до тех пор, пока высота гребня не достигнет максимального значения. Если и в этом случае амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то телу начинают сообщать возвратно-поступательные движения за счет изменения длины буксирующего его троса. Эти перемещения сообщают в направлении движения судна периодически с частотой резонансных ИГВ в пределах первой за судном вершиной ИГВ, т.е. равной половине их длины, в течение времени, равном половине периода эти волн.

Выполнение этих условий обеспечит возбуждение дополнительной системы ИГВ, частота которых будет равна частоте основных резонансных ИГВ. Волновые системы окажутся когерентными и, вследствие этого, способными интерферировать друг с другом, что позволит периодически увеличивать их суммарные амплитуды и, соответственно, ледоразрущающую способность ИГВ. В результате будет достигнут заявленный технический результат.

Изобретение поясняется графически.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью v_p. Если амплитуда возбуждаемых при этом ИГВ 3 оказывается недостаточной для разрушения льда, то в процессе движения судна под ледяным покровом размещают и буксируют тело 4 с положительной плавучестью (эластичную емкость, заполненную воздухом). При помощи буксирного троса 5 тело 4 располагают под первым за кормой судна гребнем (вершиной) волны. Для этого при помощи эхолотов 6, размещенных по длине судна, определяют профиль волны и необходимую длину буксира 5. Сила выталкивания F, действующая на тело 4, будет увеличивать высоту гребня, т.е. амплитуду ИГВ, за кормой судна. В зависимости от толщины льда объем тела 4 увеличивают путем подкачки в него сжатого воздуха через шланг, закрепленный на буксире 5 (на фиг. не показан) до тех пор, пока амплитуда ИГВ 3 не достигнет предельного значения. Если и после этого амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то телу начинают сообщать возвратно-поступательные движения за счет изменения длины буксирующего его троса 5. Эти перемещения сообщают в направлении движения судна периодически с частотой резонансных ИГВ в пределах первой за судном вершины ИГВ, т.е. равном половине их длины λ_р/2, из положения 8 в положение 9 и наоборот. В результате амплитуда ИГВ 3 будет периодически возрастать до ИГВ 7.

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом под первым за кормой судна гребнем волны размещают и буксируют со скоростью судна тело с положительной плавучестью, отличающийся тем, что в процессе буксировки тела длину буксировочного троса периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн изменяют в течение времени, равного половине их периода, при этом за счет изменения длины троса телу сообщают перемещения в пределах половины длины резонансных изгибно-гравитационных волн.

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим в условиях сплошного ледяного покрова и разрушающим его резонансным методом. При его реализации в процессе движения судна осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в его водопроточном канале.

Способ разрушения ледяного покрова // 2775085

Способ разрушения ледяного покрова // 2775049

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим в условиях сплошного ледяного покрова и разрушающим его резонансным методом. При его реализации в процессе движения судна ширину попутного потока уменьшают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени, равного половине их периода.

Способ разрушения ледяного покрова // 2775047

Способ разрушения ледяного покрова // 2775045

Устройство для разрушения ледяного покрова // 2774204

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим в условиях сплошного ледяного покрова. Предложено устройство для разрушения ледяного покрова резонансным методом, которое состоит из подводного судна, на верхней поверхности которого в его носовой оконечности под первой впадиной возбуждаемых судном резонансных изгибно-гравитационных волн установлено сопло Лаваля.

Автономный необитаемый подводный аппарат передачи информации о состоянии подводной лодки // 2769806

Изобретение относится к области средств освоения мирового океана и проведения подводно-технических работ, в частности к автономным необитаемым подводным аппаратам (АНПА), используемым для передачи информации о состоянии подводной лодки в случае ее аварии. В состав АНПА включены работающие по командам модули аппаратуры, приборов и программно-аппаратного комплекса поиска «чистой воды» и анализа массива льда, быстросъемный модуль гидрофона и аппаратуры звукоподводной связи, соединенный с корпусом АНПА разъемами поворотного типа, телескопическая выдвижная полая антенна-бур, выполненная по аналогии шлямбурных буров со «стружкосбрасывателем» и регулируемой скоростью вращения режущей части, выдвижные опоры стабилизации АНПА в вертикальном положении и позиционирования на месте при работе антенны-бура, дифферентовочная система, устройство противозакручивания.

Способ разрушения ледяного покрова // 2769019

Изобретение относится к области судоходства в ледовых условиях, в частности к судам на воздушной подушке, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Предложен способ разрушения ледяного покрова, который заключается в возбуждении во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при движении судна на воздушной подушке вблизи берега вдоль его береговой линии с резонансной скоростью и использовании напряженно-деформированного состояния ледяного покрова, возникающего по береговой линии во время морского прилива.

Способ движения судна во льдах // 2768413

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации судов, предназначенных для движения в ледовых условиях. Предложен способ движения судна во льдах, включающий создание упора при помощи движителя судна и воздействие его корпуса на массив льда с дополнительным созданием разрежения в воде, причем разрежение создается путем образования водяной струи перед судном под поверхностью льда, направленной по курсу движения судна, движителем судна или его средством активного управления, а также путем размытия водяной струей нижних слоев льда по курсу движения судна.

Носовая оконечность арктического судна с бульбом // 2758657

Изобретение относится к области судостроения арктических судов с носовой оконечностью, имеющей бульб, и направлено на повышение их ледопроходимости. Предложена форма носовой оконечности с бульбом, имеющим в диаметральной плоскости в своей верхней части ребро с уклоном вперед и пересекающее плоскость ватерлинии, при этом ледовые ватерлинии бульба в районе сопряжения с носовой оконечностью выполнены с сужением, обеспечивающим уменьшение сопротивления льда, углы наклона бортов носовой оконечности к ледовым ватерлиниям за этим сужением составляют не более 80°.

Устройство для разрушения ледяного покрова // 2778470

Изобретение относится к ледокольным работам. Предложено устройство для разрушения ледяного покрова, которое представляет собой подводное судно, движущееся подо льдом с резонансной скоростью и возбуждающее резонансные изгибно-гравитационные волны. В носовой оконечности судна в вертикальной плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, по всему периметру его корпуса установлены насосы, способные откачивать за борт воду, находящуюся в пространстве между легким и прочным корпусами судна. Выходные каналы насосов расположены под острым углом к поверхности легкого корпуса судна и направлены к его носовой оконечности. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения ледяного покрова. 2 ил.