Способ разрушения ледяного покрова
Владельцы патента RU 2662909:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет" (ФГБОУ ВО "АмГПГУ") (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук" (ФГБУН "ИМиМ ДВО РАН") (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема" (ФГБОУ ВО "ПГУ им. Шолом-Алейхема") (RU)
Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, способным разрушать сплошной ледяной покров при их всплытии. Предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой, при этом на лед в месте прикрепления судна герметично устанавливают купол, под который периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, возбуждаемых в ледяном покрове динамическими нагрузками, подают воздух под давлением, измеренным в миллиметрах водяного столба, больше суммы толщин ледяного и снежного покровов в месте установки купола. Технический результат заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова. 2 ил.
Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, способным разрушать сплошной ледяной покров при их всплытии.
Известно техническое решение (1. Патент RU 2570916), в котором ледяной покров предлагается разрушать подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса. Затем разрушающую лед нагрузку создают за счет заполнения балластных цистерн судна забортной водой, а также вращения гребных винтов судна.
Недостатком решения являются недостаточная толщина разрушаемого льда, зависящая от емкости балластных цистерн, т.е. возникающей отрицательной силой плавучести при их заполнении, а ее увеличение (за счет вращения гребных винтов) может привести к опасному подвсплытию судна (вертикальному перемещению вверх) и его соударению со льдом.
Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения ледоразрушающей способности и безопасности эксплуатации судна при его осуществлении.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова и повышении безопасности эксплуатации судна при его реализации.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: судно прикрепляют ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой.
Отличительные: на лапах якоря закрепляют прочную воздухонепроницаемую ткань, по краям которой устанавливают уплотняющий элемент, а сами лапы прикрепляют к веретену якоря таким образом, чтобы после его раскрытия на поверхности ледяного покрова он образовывал купол, под который подают воздух под давлением, величина которого, измеренная высотой водяного столба, должна быть больше суммы толщин ледяного и снежного покровов в месте образования купола, при этом диаметр раскрытия лап якоря должен быть больше длины рубки судна, а точка крепления троса к судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна.
Известно (2. Зуев В.А., Козин В.М. Использование судов на воздушной подушке для разрушения ледяного покрова. - Владивосток: Изд-во Дальневосточного ун-та, 1988. - 128 с.), что создание при помощи воздушной подушки подо льдом воздушной полости приводит к тому, что вода перестает в этом месте поддерживать ледяной покров, т.е. его легче разрушить вертикальной нагрузкой, а при достаточных размерах воздушной полости лед разрушается за счет собственных сил тяжести.
Изобретение осуществляется следующим образом.
В средней части судна выполняют контейнер, в которых укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом, при этом точки крепления троса к судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна. В этом случае натяжение якорного троса не вызовет ни крена, ни дифферента судна. На лапах якоря предварительно закрепляют прочную воздухонепроницаемую ткань, по краям которой устанавливают уплотняющий элемент. При возникновении необходимости всплытия судно подвсплывает на безопасное заглубление и останавливается. Затем из контейнера в вертикальном направлении выстреливается, например, при помощи порохового заряда, якорь в сложенном состоянии. Для пробивания льда, т.е. для 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 он прикрепляются ко льду. Затем забортной водой заполняют балластные цистерны. Судно приобретет отрицательную плавучесть и начнет натягивать якорный трос, создавая вертикальную нагрузку на лед. Процесс заполнения балластных цистерн продолжают до тех пор, пока не произойдет разрушение ледяного покрова под якорем. Если и после полного заполнения балластных цистерн не произойдет разрушение льда, то под ткань, закрепленную на лапах якоря и имеющую на краях уплотнительный элемент, выполненный из гуттаперчевого, т.е. легкодеформируемого материала, подают под давлением воздух.
В результате в месте установки якоря и благодаря его конструкции на поверхности ледяного покрова возникнет своеобразный купол, под который продолжают подавать воздух под давлением, величина которого, измеренная высотой водяного столба, должна быть больше суммы толщин ледяного и снежного покровов в месте образования купола. В результате подо льдом возникнет воздушная полость, глубина которой будет больше суммы толщин льда и снега, т.е. реакция упругого основания (Архимедовы силы поддержания) воды станет равной нулю. Это приведет к разрушению льда с минимальными энергозатратами [2]. Поскольку диаметр раскрытия якоря больше длины рубки, то при последующем всплытии судна из-подо льда после частичного осушения балластных цистерн в образовавшейся майне рубка будет взаимодействовать только с битым льдом, который не будет оказывать значительное сопротивление при ее выходе из-подо льда. В результате будет достигнут заявленный технический результат.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 показан вид на судно и ледяной покров сбоку; на фиг. 2 - сверху.
В средней части судна 1 выполняют контейнер 2, в который укладывают в сложенном состоянии якорь, на лапах которого закреплена ткань, по краям которой установлен уплотняющий элемент и трос (эта позиция не показана). При возникновении необходимости всплытия судно 1 подвсплывает на безопасное заглубление H (фиг. 1). После выхода якоря 3 из-подо льда 4 его лапы 5 раскрываются до диаметра d, который больше длины рубки (фиг. 1, 2). Затем балластные цистерны 8 заполняют забортной водой и под купол 9, образованный лапами якоря 5, тканью 6 и уплотняющим элементом 7, из компрессора 10 при помощи гибкого шланга 11 подают сжатый воздух (фиг. 1) под давлением, превышающим сумму толщин hл+hс, где hл - толщина ледяного покрова; hс - толщина снежного покрова. Это приведет к возникновению подо льдом 4 воздушной полости hп>hл+hc, т.е. к исчезновению сил поддержания (Архимедовых сил плавучести) в этом месте (фиг. 1), т.к. давление сверху надо льдом и снизу уравновесится и его прочность окажется незначительной [2], что позволит достичь заявленный технический результат.
Способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой, отличающийся тем, что на лед в месте прикрепления судна герметично устанавливают купол, под который периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, возбуждаемых в ледяном покрове динамическими нагрузками, подают воздух под давлением, измеренным в миллиметрах водяного столба, больше суммы толщин ледяного и снежного покровов в месте установки купола.
