Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к области судоходства в условиях ледяного покрова. Сущность изобретения: подводное судно (2) начинают перемещать подо льдом (1) на безопасной глубине с резонансной скоростью, возбуждая изгибно-гравитационные волны (3), при этом во время движения судну (2) придают плохообтекаемую форму путем формирования в кормовой оконечности гидродинамических вихрей (7). Центры (8) вихрей (7) располагают над областями отрыва пограничного слоя (9) жидкости, обтекающей корпус судна. В процессе осуществления способа происходит отклонение первоначальных линий тока (10) до направления (11). В результате высота ИГВ (3) возрастет до высоты ИГВ (12). Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения льда. 1 ил.

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

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ) определенной высоты, возбуждаемыми подводным судном (1. В.М. Козин, А.В. Онищук. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. - ПМТФ, Новосибирск, ВО "Наука", 1994, 2, 78-81).

Известный способ осуществляется следующим образом. Судно всплывает на безопасную глубину и движется подо льдом с резонансной скоростью v_p, т.е. со скоростью, при которой высота возбуждаемых ИГВ максимальна.

Недостатком способа является ограниченность высоты ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности, которая при резонансной скорости судна определяется заглублением и водоизмещением последнего [1].

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности разрушения ледяного покрова.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в увеличении высоты ИГВ при не меняющихся резонансной скорости и величины заглубления судна.

Существенные признаки, характеризующие изобретения.

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду ИГВ при движении судна подо льдом с резонансной скоростью.

Отличительные: судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в кормовой оконечности гидродинамических вихрей, причем центры вихрей располагают над областями отрыва пограничного слоя жидкости, обтекающей корпус судна.

Известно (2. А.А. Лукашевич, А.Д. Перник, Г.А. Фирсов. Теория корабля. Судпромгиз. 1950. - 446с.), что волновое сопротивление, т.е. волнообразование, возникает благодаря сопротивлению давления, которое равно разнице сил давления, возникающих в носовой и кормовой оконечностях судна. Таким образом, если в кормовой оконечности понизить давление, то интенсивность волнообразования возрастет, т.к. увеличится сопротивление давления (его еще принято рассматривать как сумму сопротивления формы и волнового сопротивления [2] ). Понизить давление в корме, т.е. увеличить сопротивление формы и, соответственно, сопротивление давления, можно за счет ухудшения обтекаемости кормовой оконечности. Для этого в корме достаточно сформировать гидродинамические вихри. В результате произойдет оттеснение от корпуса пограничного слоя и соответствующее смещение его точек отрыва (см. 3. Л.Г. Лойцянский. Механика жидкости и газа. М.: Наука. - 1978. - 736с.). В свою очередь это вызовет увеличение ширины (диаметра) попутного потока. Таким образом, обтекаемость формы судна ухудшится. В корме произойдет понижение давления, а сопротивление давления возрастет. Очевидно [3], что для более эффективного оттеснения пограничного слоя центры вихрей целесообразно располагать в наиболее вероятных точках отрыва пограничного слоя. В этом случае наличие вихрей будет облегчать процесс отрыва погранслоя (погранслой отрывается в местах резкого сужения кормовых обводов, т.е. в местах, где происходит резкое возрастание давления [3]), т.к. вихри будут дополнительно подтормаживать движение жидкости в погранслое. Их расположение в точках отрыва обеспечит оттеснение погранслоя на большее расстояние от корпуса при прочих равных условиях (если центры вихрей расположить носовее или кормовее, то ширина попутного потока уменьшится). Это следует также из очевидного обстоятельства: для уже оторванных частиц погранслоя потребуется меньшая энергия: для дальнейшего их оттеснения на большие расстояния, а смещение вихрей дальше в корму, т.е. в сторону сужения кормы, приведет к уменьшению ширины попутного потока по сравнению с их расположением в более широкой части корпуса.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью [1] . Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то при помощи входных и выходных каналов и расположенных в них насосов в кормовой оконечности судна формируют гидродинамические вихри, т. е. путем включения насосов заставляют прилегающую в этом месте к корпусу судна воду совершать циркуляционное движение. При этом центры гидродинамических вихрей располагают в местах резкого сужения кормовых обводов, т.е. в наиболее вероятных местах отрыва погранслоя [3]. Это вызовет ухудшение обтекаемости кормы и, как следствие, максимальное отклонение линий тока от первоначальных направлений (до включения насосов) до линий тока при наличии возмущений в виде гидродинамических вихрей. Давление в корме упадет, что в целом вызовет рост сопротивления давления, высоты ИГВ и, соответственно, повышение эффективности разрушения ледового покрова.

Схема реализации изобретения поясняется чертежом.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то при помощи входных 4 и выходных 5 каналов и включением расположенных в них насосов 6 формируют гидродинамические вихри 7. При этом их центры 8 располагают над областями отрыва погранслоя 9. Это вызовет отклонение первоначальных линий тока 10 до направления 11. В результате высота ИГВ 3, возрастет до высоты ИГВ 12, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова 1.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, отличающийся тем, что во время движения судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в кормовой оконечности гидродинамических вихрей, причем центры вихрей располагают над областями отрыва пограничного слоя жидкости, обтекающей корпус судна.

РИСУНКИ

Рисунок 1