Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения льда. Технический результат достигается за счет того, что подводное судно совершает поступательное движение и одновременно колебательное вращение вокруг вертикальной оси с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн. 3 ил.

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада. - Владивосток, ИАПУ ДВО РАН, 1993 г., 44 с).

Известно техническое решение (2. Козин В.М., Онищук А.В. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна ПМТФ, Новосибирск: Наука, 1994. N2. С.78-81), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения во льду изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью V_p, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых изгибно-гравитационных волн (ИГВ) максимальна.

Недостатком метода является невозможность увеличения амплитуды ИГВ, т.е. его ограниченная ледоразрушающая способность, при заданных параметрах судна и условиях плавания в ледовой обстановке.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды ИГВ.

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

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду ИГВ при его поступательном движении с резонансной скоростью.

Отличительные: одновременно с поступательным движением судна совершает рыскание, т. е. колебательные вращения вокруг вертикальной оси с частотой, равной частоте резонансных ИГВ.

Известно (3. Лукашевич А.А., Перник А.Д., Фирсов Г.А. Теория корабля. Судпромгиз. 1950. 447 с. ), что при отклонении корабля от прямого курса (поворот вокруг вертикальной оси) нарушается симметрия обтекания его корпуса. В результате этого происходит перераспределение гидродинамических давлений, действующих на судовую поверхность. Косое обтекание корпуса приводит к увеличению давления по борту, встречающему набегающий поток. На противоположном борту образуется зона с пониженным давлением. Поскольку движение подводного судна аналогично движению надводного корабля, то в результате поворота подводного судна вокруг вертикальной оси по его бортам также возникнут перепады давлений. Подобные перепады давлений, производимые с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн [1], будут возбуждать дополнительную систему нестационарных резонансных ИГВ. Поскольку для возбуждения дополнительной системы ИГВ судно совершает вращательное движение, т. е. суммарный вектор скорости судна в этом случае по направлению не будет совпадать с вектором скорости чисто поступательного движения, то и фронт дополнительных ИГВ будет ориентирован под углом к фронту основной системы ИГВ. Т. о. неизбежно пересечение этих фронтов и соответствующее наложение друг на друга вершин и впадин этих волновых систем. В результате будут возникать нестационарные трехмерные волны в виде отдельных холмов и впадин, кривизна волнового профиля и амплитуда которых будет больше соответствующих параметров ИГВ при поступательном движении судна. Благодаря этому ледоразрушающая способность ИГВ, возбуждаемых подобным маневрированием судна, возрастет. При этом характер разрушения будет носить локальный характер, т.е. лед будет разрушаться на вершинах и впадинах суммарных ИГВ.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью V_p. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то наряду с поступательным движением судно за счет соответствующей перекладки вертикальных рулей начинает совершать рыскание, т.е. колебательные вращения вокруг вертикальной оси, с частотой, равной частоте резонансных ИГВ. В результате в ледяном покрове будет возбуждаться система дополнительных нестационарных резонансных ИГВ, фронт которых будет ориентирован под некоторым углом к фронту основных ИГВ. Наложение этих волн на основные ИГВ, возбуждаемые от поступательного движения судна, приведет к образованию нестационарных трехмерных волн в виде отдельных холмов и впадин. Амплитуда и кривизна волнового профиля этих волн будут больше соответствующих параметров ИГВ от поступательного движения судна. В результате ледоразрушающая способность судна возрастет.

Поскольку характер разрушения ледяного покрова будет носить локальный характер, т. е. лед будет разрушаться на вершинах и впадинах суммарных ИГВ, то судну для полного разрушения льда следует совершить дополнительный маневр. После прохода судна подо льдом и частичного разрушения льда на участке достаточной протяженности судно совершает циркуляцию, т. е. разворот, и возвращается в место начала маневрирования. Затем повторно начинает движение подо льдом на заданном заглублении с резонансной скоростью. Повторный проход под ослабленными локальными разрушениями ледяным покровом завершит фазу его полного разрушения.

Заявляемое решение поясняется графически, где на фиг. 1 показаны профили основных дополнительных и суммарных ИГВ; на фиг. 2 - вид сверху на волновые системы ИГВ; на фиг. 3 - схема маневрирования подводного судна при повторном проходе под ледяным покровом.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинает движение с резонансной скоростью V_p подводное судно 2, которое возбуждает основные резонансные ИГВ-3 (см. фиг.1). Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова 1, то судно начинает совершать рыскание, т. е. колебательные вращения вокруг вертикальной оси OZ, с частотой ω_z, равной частоте резонансных ИГВ, и амплитудой α. В результате в ледяном покрове 1 будет возбуждаться система дополнительных резонансных ИГВ-4. Наложение ИГВ-4 на ИГВ-3 приведет к образованию нестационарных ИГВ-5.

Поскольку вектор скорости при поступательном движении не будет совпадать с вектором скорости при одновременно поступательном и вращательном движении судна (см.фиг. 2), то фронт ИГВ-4 будет ориентирован под углом α к фронту ИГВ-3. В результате пересечения этих фронтов в нестационарной системе ИГВ-5 будут образовываться трехмерные волны в виде отдельных холмов и впадин (см. фиг. 2), амплитуда и кривизна волнового профиля которых будут больше соответствующих параметров ИГВ-3. На холмах и впадинах начнется локальное разрушение льда, т.е. во льду будут образовываться ограниченные по размерам области разрушения 6.

После этого судно совершает циркуляцию по кривой 7 (см.фиг. 3) и возвращается в место начала маневрирования 8. Затем производят повторный проход судна с резонансной скоростью V_p под ледяным покровом 1, ослабленном локальными разрушениями 6. Такой маневр завершает полное разрушение ледяного покрова.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибо-гравитационных волн при его поступательном движении с резонансной скоростью, отличающийся тем, что одновременно с поступательным движением судно совершает рыскание, то есть колебательные вращения вокруг вертикальной оси, с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3