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 соответствовать максимальному волновому сопротивлению. После очередного прохода оценивают безопасность всплытия путем определения степени разрушения льда, о которой судят по углам перекладки горизонтальных рулей судна. Достигается повышение безопасности всплытия подводных судов. 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-ти толщин 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 (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 возникает сила присоса к ледяному покрову. Для удержания судна на заданном безопасном заглублении необходимо воспользоваться горизонтальными рулями, переложив их на угол атаки, обеспечивающий компенсацию силы присоса.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что, если для удержания судна на заданном заглублении после его неоднократных проходов подо льдом углы перекладки горизонтальных рулей достигнут максимальных значений, то степень разрушения льда достигла максимального значения. Это следует из того, что по мере измельчения битого льда амплитуда волн будет возрастать [3], т.е. кроме стеснения объема жидкости, вызванного близостью ледяного покрова, возникнет дополнительное стеснение, вызванное его деформациями (колебаниями битого льда). Дополнительное стеснение, в свою очередь, приведет к появлению дополнительной силы присоса и необходимости дополнительной перекладки горизонтальных рулей с целью удержания судна на заданном заглублении.

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 мосте 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: cyдно 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 углам перекладки горизонтальных рулей судна.

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 радиолокации.

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 и углов перекладки горизонтальных рулей. Увеличение углов перекладки горизонтальных рулей после каждого прохода будет указывать на то, что после очередного прохода судна степень разрушения льда возросла. Соответствие величины перекладки рулей размерам обломков льда устанавливается путем предварительных тарировочных проходов судна под полями битого льда различной степени разрушения. 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. При этом после каждого прохода определяют степень разрушения льда.

Если после очередного прохода судна не произошло увеличения углов перекладки, то это значит, что степень разрушения льда достигла максимального значения (размеры обломков льда стали минимальными). После этого судно прекращает повторные проходы и всплывает в поле мелкобитого льда.

Схема реализации изобретения поясняется чертежом.

Под ледяным покровом 1 на заглублении ho начинает движение подводное судно 2 с резонансной скоростью Up. Наличие стесненности жидкости вследствие близости льда приведет к появлению силы присоса Р. Для удержания судна на заданном заглублении ho необходимо горизонтальные рули 3 переложить на углы атаки, компенсирующие силу присоса. В результате возбуждения резонансных ИГВ от первого прохода судна сплошной ледяной покров 1 разрушится до обломков 4. В результате стесненность потока увеличится (заглубление h₂ уменьшится). Вследствие этого возрастут сила присоса Р и углы атаки горизонтальных рулей 3. Если размеры обломков льда 4 окажутся слишком велики, то судно вновь перемещают подо льдом с горбовой скоростью Uг до тех пор, пока размеры обломков 5 не станут удовлетворять условиям безопасного всплытия судна. При этом процесс увеличения степени разрушения контролируют по заглублению h₁, т. е. по силе присоса Р и углам перекладки рулей 3. Если после очередного прохода увеличение углов перекладки не произошло, то процесс измельчения льда прекратился и судно 2 всплывает в поле мелкобитого льда 5.

Формула изобретения

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 углам перекладки горизонтальных рулей судна.

РИСУНКИ

Рисунок 1