Способ разрушения ледяного покрова
Владельцы патента RU 2604513:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет" (ФГБОУ ВПО "АмГПГУ") (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема" (ФГБОУ ВПО "ПГУ им. Шолом-Алейхема") (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук" (ФГБУН "ИМиМ ДВО РАН") (RU)
Изобретение относится к способу разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна с резонансной скоростью. Способ заключается в увеличении волнового сопротивления за счет повышения температуры воды под ледяным покровом. При этом судно перемещают подо льдом с включенными предварительно установленными на верхней палубе нагревательными элементами в течение времени, за которое оно пройдет расстояние не меньше двух длин резонансных изгибно-гравитационных волн. Затем судно разворачивают на 180°, отключают нагревательные элементы и перемещают в обратном направлении также с резонансной скоростью. Изобретение позволяет обеспечить увеличение толщины разрушаемого льда. 2 ил.
Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М.: Издательство «Академия Естествознания». 2007. - 355 с. ISBN 978-5-91327-017-7).
Известно техническое решение (2. RU 2194122 С2, 10.12.2002. Бюл. №34), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения во льду изгибно-гравитационных волн (ИГВ) при движении судна подо льдом с резонансной скоростью. Во время движения судна увеличивают его волновое сопротивление посредством подачи сжатого воздуха под предварительно установленную на верхней части корпуса судна газонепроницаемую пленку.
Недостатком решения является сложность его осуществления и недостаточная эффективность разрушения ледяного покрова.
Сущность изобретения заключается в разработке более простого и более эффективного способа увеличения высоты ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого льда.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью посредством увеличения его волнового сопротивления.
Отличительные: волновое сопротивление увеличивают за счет повышения температуры воды под ледяным покровом, при этом судно перемещают подо льдом с включенными предварительно установленными на верхней палубе нагревательными элементами в течение времени, за которое оно пройдет расстояние не меньше двух длин резонансных изгибно-гравитационных волн, затем судно разворачивают на 180°, отключают нагревательные элементы и перемещают в обратном направлении с резонансной скоростью.
Известно (3. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. Л.: Судостроение. 1988. - 230 с.), что при наличии в потоке разделения жидкости по плотностям наблюдается резкое увеличение волнового сопротивления судна вследствие образования дополнительной системы волн на поверхности раздела (явления мертвой воды) (см. [3] на стр. 118). Таким образом, если подо льдом создать двухслойную жидкость, то это приведет к росту высоты ИГВ и соответствующему повышению эффективности разрушения ледяного покрова.
Способ осуществляется следующим образом.
Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно со скоростью резонансных ИГВ (4. Козин В.М., Земляк В.Л. Всплытие подводных судов в ледовых условиях. - Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, 2012. - 195 с. ISBN978-5-7442-1551-7). Если высота возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то под ледяным покровом в области выполнения ледоразрушающих работ начинают перемещать судно с включенными предварительно установленными на его верхней палубе нагревательными элементами. Время движения судна с заданной скоростью и включенными элементами должно быть достаточным для прохождения им расстояния не менее двух длин резонансных ИГВ (см. [4]). Такое расстояние является минимально достаточным для развития ИГВ максимальной интенсивности (как показали эксперименты при больших расстояниях ИГВ практически полностью затухали [1]).
После первого прохода судна и разогрева забортной воды в области выполнения ледоразрушающих работ под ледяным покровом возникнет два слоя жидкости с различной плотностью, т.к. более теплый слой с меньшей плотностью вытеснит более тяжелый и распределится под нижней поверхностью ледяного покрова, образовав при этом соответствующую границу раздела по плотностям.
Кроме того, повышение температуры воды подо льдом, как общеизвестно, понизит его прочность.
Затем судно разворачивают на 180° и перемещают в обратном направлении под разогретой областью с резонансной скоростью, т.е. при заглублении судна, большем толщины разогретого слоя (ниже границы разделения жидкости по плотностям). Это приведет к возрастанию волнового сопротивления, т.е. высоты ИГВ и соответствующему увеличению толщины разрушаемого льда.
Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показана схема возникновения волнообразования при движении судна без учета явления мертвой воды; на фиг. 2 - с ее учетом.
Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью vp. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда 1, то затем судно 2 с включенными нагревательными элементами 4 продолжает движение в течение времени, достаточного для прохождения судном со скоростью ν расстояния, равного или менее двух длин резонансных ИГВ λp (фиг. 1). Затем судно 2 разворачивают на 180° и перемещают в обратном направлении с резонансной скоростью νp. Под разогретой областью 5 (с плотностью γ1) сформируется более холодная область 6 (с плотностью γ2) с поверхностью раздела 7, что приведет к образованию дополнительной системы волн 8 на ее поверхности. В результате благоприятной интерференции волновых систем 3 и 8 их суммарная высота возрастает до ИГВ 9 (фиг. 2), что увеличит толщину разрушаемого льда.
Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью посредством увеличения его волнового сопротивления, отличающийся тем, что волновое сопротивление увеличивают за счет повышения температуры воды под ледяным покровом, при этом судно перемещают подо льдом с включенными предварительно установленными на верхней палубе нагревательными элементами в течение времени, за которое оно пройдет расстояние не меньше двух длин резонансных изгибно-гравитационных волн, затем судно разворачивают на 180°, отключают нагревательные элементы и перемещают в обратном направлении с резонансной скоростью.
