Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Способ разрушения ледяного покрова подводным судном заключается в возбуждении во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью и создании области пониженного давления под ледяным покровом в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны посредством центробежных сил от вращения крыльчатки. Область пониженного давления создают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн посредством соответствующего периодического включения и отключения вращения крыльчатки. Продолжительность включений и отключений вращений крыльчатки равна половине периода резонансных изгибно-гравитационных волн. Достигается повышение эффективности разрушения льда подводным судном. 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), возбуждаемыми подводным судном (1. В.М. Козин, А.В. Онищук. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. - ПМТФ, Новосибирск: Наука, 1994. - 2. С. 78-91), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью ν_p, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ максимальна.

Также известно техническое решение (2. RU 2170687 C1, 15.03.2000), в котором для повышения эффективности разрушения льда предлагается создавать под ледяным покровом в месте расположения впадины (подошвы) изгибно-гравитационной волны разрежения (области пониженного давления) посредством центробежных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна.

Недостатком способов является недостаточное увеличение амплитуды ИГВ, т. е. ледоразрушающей способности судна, при его движении с резонансной скоростью.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды ИГВ.

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

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ при его движении с резонансной скоростью и создания области пониженного давления под ледяным покровом в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны посредством центробежных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна.

Отличительные: область пониженного давления создают периодически с частотой резонансных ИГВ посредством соответствующего периодического включения и отключения вращения крыльчатки, при этом продолжительность включений и отключений вращении крыльчатки равна половине периода резонансных изгибно-гравитационных волн. Известно [1], что зарождение системы ИГВ происходит непосредственно над его источником (подводным судном). Поэтому вносимые в поток возмущения в области генерации ИГВ окажут прямое воздействие на процесс их развития. Поскольку первая подошва прогрессивных ИГВ формируются над корпусом судна [1], то появляется возможность воздействовать на реакцию упругого основания (воды) от деформирования ледяного покрова в пределах длины судна.

Также известно (3. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с.), что приложение периодической динамической нагрузки к ледяному покрову с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, значительно увеличивает деформации ледяного покрова 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 впадиной прогрессивных ИГВ, возникших от поступательного движения подводного судна, т.е. основных резонансных ИГВ, создавать периодически область пониженного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительной системы резонансных ИГВ.

Очевидно, что для достижения максимального периодического возрастания амплитуды суммарных ИГВ необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [3] где D - цилиндрическая жесткость льда; ρ_л - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.

В этом случае при перемещении льда вниз от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вниз. А при перемещении льда вверх эти силы исчезают. Таким образом, возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью ν_p для возбуждения основных резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то включают крыльчатку, предварительно установленную в верхней части корпуса судна в наиболее вероятном месте расположения подошвы волны. Как показали опыты [1], это место практически не зависит от скорости судна заглубления и толщины льда и определяется лишь геометрией корпуса. По истечении времени Т/2, т. е. через полупериод резонансных ИГВ, крыльчатку останавливают. Повторное включение крыльчатки осуществляют также через полупериод Т/2, т.е. через время Т от момента первого включения, а значит, с частотой резонансных ИГВ. Процесс включений и отключений вращении крыльчатки продолжают в течение всего времени выполнения ледокольных работ. Периодическое вращение крыльчатки, работающей по принципу центробежного насоса, вызовет появление периодических центробежных сил и соответствующей периодически возникающей области пониженного давления. Понижение давления под подошвой ИГВ с частотой резонансных ИГВ приведет к возбуждению во льду дополнительной системы резонансных ИГВ. Наложение дополнительных ИГВ на основные в фазе, т.е. при совпадении, вершин и подошв ИГВ, вызовет их суммирование. В результате амплитуда суммарных ИГВ возрастет, что повысит эффективность разрушения льда.

На чертеже показана схема реализации изобретения.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении Н начинают перемещать подводное судно 2 со скоростью ν_p. Если амплитуда возбужденных основных резонансных ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова 1, то под первой впадиной 4 прогрессивных ИГВ 3 периодически с частотой резонансных ИГВ создают область пониженного давления 5 за счет соответствующего периодического вращения крыльчатки 6 с угловой скоростью и появления соответствующих центробежных сил 7. Периодическое понижение давления под впадиной 4 с частотой резонансных ИГВ приведет к возбуждению во льду дополнительной системы резонансных ИГВ 8. Наложение дополнительных ИГВ 8 на основные ИГВ 3 вызовет их суммирование (профиль волны 9), что повысит эффективность разрушения ледяного покрова 1 подводным судном 2.

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью и создания области пониженного давления под ледяным покровом в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны посредством центробежных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, отличающийся тем, что область пониженного давления создают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн посредством соответствующего периодического включения и отключения вращения крыльчатки, при этом продолжительность включений и отключений вращении крыльчатки равна половине периода резонансных изгибно-гравитационных волн.

РИСУНКИ

Рисунок 1