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 областей пониженного и повышенного давлений соответственно под подошвой и вершиной волн путем возбуждения центробежных и центростремительных сил от вращения крыльчаток, расположенных в верхней части корпуса судна. Периодичность создания областей давлений обеспечивается посредством соответствующих включений и отключений вращения крыльчаток. Продолжительность включений и отключений вращений крыльчаток должна равняться полупериоду резонансных волн. Достигается повышение эффективности разрушения ледяного покрова 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, -Изд-во "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, с.1, 15.03.2000), в котором для повышения эффективности разрушения льда предлагается создавать под ледяным покровом в месте расположения впадины (подошвы) изгибно-гравитационной волны разряжения (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: одновременно с областью пониженного давления создают область повышенного давления в месте расположения вершины ИГВ посредством центростремительных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, при этом область повышенного и пониженного давлений создают периодически с частотой резонансных ИГВ посредством соответствующих периодических включений и отключений вращений крыльчаток, а продолжительность включений и отключений вращений крыльчаток равна полупериоду резонансных ИГВ.

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 первые впадина и вершина прогрессивных основных ИГВ формируются над корпусом судна [1], то появляется возможность воздействовать на реакцию упругого основания (воды) от деформирования ледяного покрова в пределах длины судна. Очевидно, что это воздействие должно быть направленно на соответствующее изменение силы поддержания воды в районах впадины и вершины ИГВ, т.к. соответствующее изменение силы поддержания в этом месте может вызвать увеличение амплитуды ИГВ и соответствующий рост изгибных напряжений в ледяной пластине. В свою очередь это повысит эффективность разрушения льда подводным судном.

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 и вершиной ИГВ, возникших от поступательного движения подводного судна, т.е. основных ИГВ, создавать периодически соответственно области пониженного и повышенного давлений с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове двух дополнительных систем резонансных ИГВ [3], распространяющихся в фазе с основными ИГВ, т.е. вершины и впадины дополнительных ИГВ будут соответственно накладываться на вершины и впадины основных ИГВ. Таким образом, будет происходить благоприятная с точки зрения заявляемого технического результата интерференция, т. е. амплитуда суммарных ИГВ возрастет.

Очевидно, что для достижения максимального возрастания амплитуды суммарных ИГВ необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, т.е. продолжительность вращения крыльчаток, равнялось полупериоду резонансных ИГВ. При этом величину периода ИГВ Т можно определить по зависимости работы [3]: где D - цилиндрическая жесткость ледяного покрова; ρ_л - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.

В этом случае в районе вершины основных ИГВ, где подо льдом создается область повышенного давления при перемещении льда вверх от возникших дополнительных ИГВ, возбуждающие их силы также будут направлены вверх, а при перемещении льда вниз эти силы исчезнут.

В районе подошвы основных ИГВ, где подо льдом создается область пониженного давления, будет происходить обратный процесс: при перемещении льда вниз от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вниз, а при перемещении льда вверх эти силы исчезнут.

Таким образом, возникнет наиболее эффективная 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 резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то одновременно включают предварительно установленные в верхней части корпуса судна крыльчатки, одну из которых располагают в наиболее вероятном месте расположения подошвы основных ИГВ, а вторую - в месте расположения вершины основных ИГВ. По истечении времени Т/2, т.е. через полупериод резонансных ИГВ, крыльчатки отключают. Повторное включение крыльчаток 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 вращений крыльчаток продолжают в течение всего времени выполнения ледокольных работ.

Периодическое вращение крыльчатки, расположенной под подошвой основных ИГВ и работающей по принципу центробежного насоса, вызовет появление периодических центробежных сил и соответствующей периодически возникающей области пониженного давления под подошвой основных ИГВ.

Периодическое вращение крыльчатки, расположенной под вершиной основных ИГВ, в направлении, противоположном вращению рабочего колеса центробежного насоса, вызовет появление центростремительных сил и соответствующей периодически возникающей области повышенного давления под вершиной основных ИГВ.

Периодическое возникновение областей пониженного и повышенного давлений соответственно под подошвой и вершиной основных ИГВ с резонансной частотой приведет к возникновению двух дополнительных систем резонансных ИГВ, наложение которых на основные ИГВ и друг на друга увеличит амплитуду суммарных ИГВ и эффективность разрушения льда повысится.

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 одновременно включают крыльчатку 4, расположенную под первой впадиной 5 ИГВ 3, и крыльчатку 6, расположенную под первой вершиной 7 ИГВ 3. Вращение крыльчатки 4 с угловой скоростью вызовет появление центробежных сил 8 и области пониженного давления 9, а вращение крыльчатки 6 с угловой скоростью вызовет появление центростремительных сил 10 и области повышенного давления 11. Периодическое вращение крыльчатки 4 приведет к появлению дополнительных резонансных ИГВ 12, а крыльчатки 6 - ИГВ 13. Наложение дополнительных резонансных ИГВ 12 и 13 друг на друга и на основные ИГВ 3 вызовет рост амплитуды суммарных ИГВ до профиля 14, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова 1 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 одновременно с областью пониженного давления под ледяным покровом создают область повышенного давления в месте расположения вершины изгибно-гравитационной волны посредством центростремительных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, при этом области повышенного и пониженного давлений создают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн посредством соответствующих периодических включений и отключений вращений крыльчаток, а продолжительность включений и отключений вращений крыльчаток равна полупериоду резонансных изгибно-гравитационных волн.

РИСУНКИ

Рисунок 1