Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, способным разрушать сплошной ледяной покров при их всплытии. Предложен способ разрушения ледяного покрова, заключающийся в прикреплении судна ко льду посредством якоря, троса и лебедки, расположенных в его кормовой части, затем при помощи лебедки к судну периодически прикладывают вертикальную нагрузку, т.е. обеспечивают килевую качку, с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, возбуждаемых в ледяном покрове импульсной нагрузкой, при этом ее величину, достаточную для разрушения льда, обеспечивают соответствующей скоростью вертикального перемещения, т.е. угловой скоростью вращения барабана лебедки. Технический результат заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова. 1 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, способным разрушать сплошной ледяной покров при их всплытии.

Известно техническое решение (1. Козин В.М., Земляк В.Л. Всплытие подводных судов в ледовых условиях. - Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, 2012. - 195 с. ISBN 978-7442-1551-7), в котором ледяной покров предлагается разрушать его носовой оконечностью посредством создания дифферента на корму с последующим осушением балластных цистерн, т.е. возникающей при этом положительной силой плавучести.

Недостатком решения является ограниченность толщины разрушаемого льда, зависящей от объема балластных цистерн судна.

Сущность изобретения заключается в разработке способа, позволяющего возникающую положительную силу плавучести прикладывать динамически, что, как общеизвестно, увеличит интенсивность нагружения ледяного покрова внешней нагрузкой. Кроме этого, предлагается создать дополнительную нагрузку на лед в зоне его контакта с носовой оконечностью судна благодаря возбуждению в ледяном покрове резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ).

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушают подводным судном посредством создания у него дифферента на корму и осушения балластных цистерн.

Отличительные: судно посредством якоря, троса и лебедки, расположенных в его кормовой части, прикрепляют ко льду, а затем при помощи лебедки к судну периодически прикладывают вертикальную нагрузку, т.е. обеспечивают килевую качку, с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, возбуждаемых в ледяном покрове импульсной нагрузкой, при этом ее величину, достаточную для разрушения льда, обеспечивают соответствующей скоростью вертикального перемещения, т.е. угловой скоростью вращения барабана лебедки.

Известно (2. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Д.: Гидрометеоиздат, 1967. - 216 с.), что периодическое приложение к ледяному покрову вертикальной нагрузки с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ), приводит к резкому увеличению амплитуды прогибов льда и, соответственно, возникающих во льду изгибных напряжений.

Изобретение осуществляется следующим образом.

При возникновении необходимости всплытия в сплошном льду судно без хода приледняют с дифферентом на корму и начинают продувать балластные цистерны. Если их объем, т.е. запас плавучести, окажется недостаточным для разрушения ледяного покрова верхней палубой носовой оконечности, то судно с помощью предварительно установленных в кормовой оконечности якоря, троса и лебедки прикрепляют ко льду (трос и якорь в сложенном состоянии предварительно укладывают в контейнере, выполненном также в кормовой оконечности). Для этого из контейнера в вертикальном направлении выстреливаются, например, при помощи пороховых зарядов якорь в сложенном состоянии с прикрепленным к нему тросом. Для пробивания льда, т.е. создания во льду лунки, может быть использована, например, струя кумулятивного заряда, установленного в головной части якоря. После выхода якоря из-подо льда его лапы автоматически раскрываются (по принципу раскрывающегося зонта) и после устранения слабины у троса натяжным устройством, например лебедкой, судно с созданным дифферентом прикрепляют к ледяному покрову. Затем с помощью лебедки за счет натяжения и ослабления троса к судну периодически прикладывают вертикальную нагрузку, т.е. обеспечивают килевую качку, с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, возбуждаемых в ледяном покрове импульсной нагрузкой. Это приведет к возбуждению в ледяном покрове ИГВ максимальной амплитуды [2]. т.е. к нагрузке на лед от сил плавучести судна добавятся изгибные напряжения от возбуждаемых ИГВ. Кроме этого при прохождении вершиной ИГВ места контакта судна со льдом их сила взаимодействия уменьшится, поэтому носовая оконечность судна начнет приподниматься вслед за льдом, т.е. судно получит вертикальные ускорение и скорость. Следующая за вершиной подошва ИГВ встретит на своем пути препятствие в виде перемещающейся по инерции вверх носовой оконечности судна. В результате, к указанным выше нагрузкам добавится ударное взаимодействие подошвы ИГВ с носом судна. При этом размах качки должен обеспечивать безопасность осуществления способа, т.е. исключать возможность касания рубкой ледяного покрова и опасного уменьшения устойчивости судна. Поскольку величина создаваемой вертикальной нагрузки, т.е. скорость вращения барабана лебедки напрямую влияет на сопротивление формы корпуса судна, а значит и на амплитуду возбуждаемых ИГВ, то ее выбирают в зависимости от толщины ледяного покрова, который необходимо разрушить. При выполнении вышеописанного будет достигнут заявленный технический результат.

Изобретение поясняется чертежом.

Судно 1 путем продувки балластных цистерн 2 приледняют к ледяному покрову 3 с дифферентом ψ. Предварительно в кормовой оконечности судна 1 выполняют контейнер 4, в который в сложенном состоянии укладывают якорь и трос, намотанный на барабан лебедки (на чертеже эта позиция не показана). После закрепления якоря 5 на льду 3 слабину троса 6 выбирают при помощи лебедки 7, что обеспечит прикрепление судна 1 к ледяному покрову 3 с углом дифферента ψ. Затем с помощью лебедки 7 судну 1 обеспечивают килевую качку с размахом ψ₁, что приведет к возбуждению в ледяном покрове 3 ИГВ максимальной амплитуды 8, т.к. к нагрузке на лед от сил плавучести Р (кривая деформированного льда 9) добавятся изгибные напряжения от ИГВ 8 и от ударов носовой оконечностью судна 1 по льду 3 (на чертеже эта позиция не показана).

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством создания у него дифферента на корму и осушения балластных цистерн, отличающийся тем, что судно посредством якоря, троса и лебедки, расположенных в его кормовой части, прикрепляют ко льду, а затем при помощи лебедки к судну периодически прикладывают вертикальную нагрузку, т.е. обеспечивают килевую качку, с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, возбуждаемых в ледяном покрове импульсной нагрузкой, при этом ее величину, достаточную для разрушения льда, обеспечивают соответствующей скоростью вертикального перемещения, т.е. угловой скоростью вращения барабана лебедки.