Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к судостроению, в частности, к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду. Способ разрушения ледяного покрова заключается в возбуждении во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при движении подводного судна подо льдом с резонансной скоростью и совершении повторных проходов. Судно перемещают в непосредственной близости от нижней поверхности льда. Скорость его при повторных проходах должна равняться горбовой, т. е. соответствовать максимальному волновому сопротивлению. После очередного прохода оценивают безопасность всплытия путем определения степени разрушения льда, о которой судят по степени турбулентности жидкости в пограничном слое судовой обшивки, измеряемой датчиками. Достигается повышение безопасности всплытия подводных судов. 1 з.п. ф-лы, 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 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 Vp, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ в сплошном льду максимальна.

Известно (2. Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. - Л.: Судостроение, 1968 г. - 240 с.), что повторные проходы судна по полю битого льда увеличивают степень его разрушения (уменьшают размеры обломков льда). При этом уменьшается ледовое сопротивление, а максимальные поперечные размеры льдин не превышают 3-5 толщины льда, т.е. битый лед превращается в мелкобитый, который перестает оказывать значительное сопротивление движению судна. Очевидно, что аналогичные процессы, т.е. измельчение обломков льда, будут сопровождать и повторные проходы подводного судна под ледяным покровом, разрушенным резонансными ИГВ от первого прохода.

Также известно (3. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 272 с.), что ИГВ при разрушении льда трансформируются в гравитационные, т.е. битый лед перестает влиять на скорость и частоту волн. При этом длина волн уменьшается, а амплитуда возрастает.

Известно и то (см. 4. Войткунский Я.И. "Сопротивление движению судов". Л. : Судостроение. - 1988. -288 с.), что при выходе водоизмещающего судна на мелководье относительная скорость обтекания днища, т.е. нижней части судовой обшивки, возрастает по сравнению с глубокой водой. В результате возрастает число Рейнольдса, что приводит к увеличению степени турбулентности пограничного слоя. Поскольку движение подводного судна подо льдом в определенной степени аналогично движению обычного судна на мелководье, то у подводного судна также будет повышаться степень турбулентности пограничного слоя только не в нижней, а в верхней части судовой обшивки. По мере измельчения битого льда при неоднократных проходах судна амплитуда волн в битом льду будет возрастать (см. [3]). Поэтому, кроме стеснения потока из-за близости ледяного покрова, будет возникать дополнительное стеснение из-за возрастающего искривления нижней поверхности льда, что приведет к дополнительному росту скоростей в пограничном слое верхней части судовой обшивки. При этом максимум скорости обтекания, а значит и максимальная степень турбулентности пограничного слоя, совпадут с максимальной амплитудой волн, т.е. с максимальной степенью разрушения льда. Таким образом, совершая неоднократные проходы и постоянно анализируя степень турбулентности, можно определить максимальную степень разрушения льда.

В качестве наиболее близкого аналога для составления совокупности существенных признаков выбран патент RU 2154000 С1, заключающийся в способе разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью и совершении подо льдом последующих неоднократных проходов с целью увеличения степени разрушения льда в месте предполагаемого всплытия судна.

Недостатком способа является низкая безопасность всплытия подводного судна в разрушенном ИГВ льду после проходов судна подо льдом, т.к. при его осуществлении невозможно определить степень разрушения льда.

Сущность изобретения заключается в разработке способа определения степени разрушения ледяного покрова после ее увеличения путем неоднократных проходов судна подо льдом.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении безопасности всплытия подводного судна в ледовых условиях.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью и совершении повторных проходов.

Отличительные: судно перемещают в непосредственной близости от нижней поверхности льда, при этом скорость его при повторных проходах должна равняться горбовой, т.е. соответствовать максимальному волновому сопротивлению, а после очередного прохода оценивают безопасность всплытия, путем определения степени разрушения льда, о которой судят по степени турбулентности жидкости в пограничном слое судовой обшивки, измеряемой датчиками, которые устанавливают в одной поперечной плоскости, по крайней мере, по одному в верхней и нижней частях судовой обшивки и сравнивают их показания.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на безопасном заглублении, т.е. в непосредственной близости от нижней поверхности льда начинает движение подводное судно с резонансной скоростью. Если степень разрушения (размеры обломков) льда от возбужденных резонансных ИГВ окажется недостаточной для безопасного всплытия (размеры льдин будут слишком велики) подводного судна в районе выполнения ледокольных работ, т.е. при всплытии судна крупнобитый лед может повредить элементы конструкций судна, то судно совершает повторные проходы подо льдом в месте предполагаемого всплытия (безопасные размеры льдин определяют путем предварительных соответствующих расчетов прочности судна при его всплытии в битом льду). При этом размеры обломков льда могут быть определены при помощи судовых приборов радиолакации. Скорость судна при повторных проходах должна равняться горбовой, т.е. соответствующей максимальному волновому сопротивлению. Ее значение можно определить при помощи датчиков гидростатического давления, расположенных в верхней части судна в месте наиболее вероятного расположения вершины ИГВ (максимальное значение давления будет соответствовать максимальному сопротивлению судна, т.е. максимальной амплитуде волн в битом льду). Большая кривизна профиля гравитационных волн по сравнению с кривизной ИГВ вызовет в обломках льда большие изгибные напряжения, что приведет к их измельчению, т.е. увеличению степени разрушения льда, амплитуды волн и степени турбулентности жидкости в пограничном слое верхней части судовой обшивки. Для определения степени турбулентности на верхней и нижней частях обшивки в одной поперечной плоскости устанавливают по одному датчику гидродинамических давлений (например, датчики вибрации).

Это необходимо потому, что с увеличением скорости судна как в бесконечном, так и в стесненном потоке жидкости в любой точке судовой обшивки будет возрастать степень турбулентности пограничного слоя. Поэтому для анализа увеличения степени турбулентности пограничного слоя, связанной со стеснением потока в связи с движением судна вблизи ледяного покрова и его деформированием волнами, необходимо постоянно сравнивать показания верхнего и нижнего датчиков.

Увеличение разницы в показаниях датчиков после каждого прохода будет указывать на то, что после очередного судна степень разрушения льда возросла.

Повторные проходы подо льдом в районе выполнения ледокольных работ (месте всплытия) осуществляют до тех пор, пока не будет обеспечена безопасность всплытия, т.е. размеры обломков льда не будут оказывать опасного воздействия на элементы конструкций судна при его всплытии. Размеры обломков могут быть определены, например при помощи судовых приборов радиолокации.

Если после очередного прохода судна не произошло увеличения в разнице показаний датчиков, то это означает, что степень разрушенности льда достигла максимального значения (размеры обломков льда стали минимальными). После этого судно всплывает в поле мелкобитого льда.

Схема реализации изобретения поясняется чертежом.

Под ледяным покровом 1 перемещают подводное судно 2 с резонансной скоростью Up. Если размеры обломков льда 3 окажутся слишком большими, то судно 2 вновь и вновь перемещается подо льдом 1 с горбовой скоростью Uг до тех пор, пока размеры обломков льда 4 не станут удовлетворять условиям безопасного всплытия судна. При этом процесс увеличения степени разрушения льда контролируют по степени турбулентной жидкости в пограничном слое верхней части судовой обшивки 5 с помощью верхнего 6 и нижнего 7 датчиков по разнице в их показаниях. Если после очередного прохода увеличения в разнице показаний датчиков не произошло, то процесс измельчения льда прекратился. Повторные проходы прекращают и судно всплывает в поле мелкобитого льда 4.

Формула изобретения

1. Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью и совершении повторных проходов, отличающийся тем, что судно перемещают в непосредственной близости от нижней поверхности льда, при этом скорость его при повторных проходах должна равняться горбовой, т.е. соответствовать максимальному волновому сопротивлению, а после очередного прохода оценивают безопасность всплытия путем определения степени разрушения льда, о которой судят по степени турбулентности жидкости в пограничном слое судовой обшивки, измеряемой датчиками.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что датчики устанавливают в одной поперечной плоскости, по крайней мере, по одному в верхней и нижней частях судовой обшивки и сравнивают их показания.

РИСУНКИ

Рисунок 1