Устройство для разрушения ледяного покрова
Владельцы патента RU 2674635:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема" (RU)
Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного двигаться подо льдом с резонансной скоростью. На верхней поверхности корпуса судна в носовой его части под первой впадиной возбуждаемых судном изгибно-гравитационных волн установлены крылья малого размаха. Крылья способны периодически устанавливаться и удаляться с поверхности судна с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн и находиться в установленном или удаленном положении в течение времени, равном половине периода этих волн. Достигается повышение эффективности разрушения ледяного покрова. 1 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.).
Известно техническое решение (2. RU 2248909 C1), в котором предложено устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного двигаться подо льдом с резонансной скоростью. На верхней поверхности корпуса судна в носовой его части под первой впадиной возбуждаемых судном изгибно-гравитационных волн (ИГВ) установлены крылья малого размаха.
Недостатком устройства является недостаточная амплитуда возбуждаемых им ИГВ, т.е. его ледоразрушающая способность.
Сущность изобретения заключается в разработке устройства, увеличивающего амплитуду ИГВ, возбуждаемых при поступательном движении подводного судна.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного двигаться подо льдом с резонансной скоростью, на верхней поверхности корпуса судна в носовой его части под первой впадиной возбуждаемых судном ИГВ установлены крылья малого размаха.
Отличительные: крылья способны периодически устанавливаться и удаляться с поверхности судна с частотой резонансных ИГВ и находиться в установленном или удаленном положениях в течение времени равному половине периода этих волн.
Известно (3. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. Л.: Судостроение. 1988. - 287 с.), что практически на всей судовой поверхности при движении судна формируется турбулентный пограничный слой. Если же на каком-либо участке поверхности уменьшить вязкостное сопротивление, то это приведет к увеличению скорости движения частиц жидкости на этом участке, что в свою очередь, в соответствии с законом Бернулли приведет к понижению давления в этом месте. Одним из устройств уменьшения вязкостного сопротивления является установка на корпус судна крыльев малого размаха (вихрегенераторов) [3].
Также известно (4. Козин В.М., Скрипачев В.В. Колебания ледяного покрова под действием периодически изменяющейся нагрузки / ПМТФ - Новосибирск: издательство СО РАН - 1992. №5), что периодическое приложение к ледяному покрову поперечной нагрузки с частотой равной частоте резонансных ИГВ приводит к значительному увеличению деформаций (амплитуды прогибов) льда по сравнению с ее стационарным приложением.
В работе [1] показано, что зарождение системы ИГВ происходит непосредственно над его источником (подводным судном). Поэтому вносимые в поток возмущения в области генерации ИГВ окажут прямое воздействие на процесс их развития. Поскольку первая впадина прогрессивных ИГВ формируется над корпусом судна [1] (в новой оконечности) в определенном месте, то появляется возможность воздействовать на реакцию упругого основания (воды) от деформирования ледяного покрова в пределах длины судна. Очевидно, что это воздействие должно быть направлено на уменьшение силы поддержания воды в районе впадины ИГВ, т.к. понижение давления в этом месте вызовет увеличение глубины впадины и соответствующий рост изгибных напряжений в ледяной пластине. В свою очередь это повысит эффективность разрушения льда подводным судном.
Изобретение осуществляется следующим образом.
В носовой части судна на его верхней поверхности в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ устанавливают крылья малого размаха. При движении судна с резонансной скоростью Vp возникнут резонансные ИГВ, первая впадина которых окажется над участком судовой поверхности в месте установки крыльев. Как известно [3], движение судна сопровождается возникновением вязкостного сопротивления. Если его уменьшить под впадиной ИГВ, то в этом месте частицы жидкости начнут двигаться с большой средней скоростью, т.к. возрастает полнота эпюры скоростей в пограничном слое, что, в свою очередь, вызовет понижение давления, и соответственно, увеличение глубины впадины ИГВ, т.е. амплитуды ИГВ. В результате повысятся изгибные напряжения в ледяном покрове и эффективность разрушения льда по сравнению с известным решением [2].
Если и это не приведет к разрушению ледяного покрова, то крылья малого размаха начинают периодически удалять с поверхности судна, а затем вновь на нее устанавливать с частотой резонансных ИГВ.
В результате периодическое возникновение области пониженного давления под подошвой приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных резонансных ИГВ, в фазе накладывающихся на основные, т.е. возбуждаемые от движения судна, ИГВ. Возникнет благоприятная с точки зрения сущности изобретения интерференция этих волн (увеличение амплитуды суммарных ИГВ), что позволит достичь заявленный технический результат.
Изобретение поясняется чертежом.
В носовой части 1 судна 2 устанавливают крылья малого размаха (позиция 3) и удаляют (позиция 4), ориентированные нормально к судовой поверхности (вид А). При движении судна со скоростью Vp первая впадина ИГВ 4, окажется над местом установки крыльев. В результате амплитуда ИГВ 5 возрастет до ИГВ 6.
Устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного двигаться подо льдом с резонансной скоростью, на верхней поверхности корпуса судна в носовой его части под первой впадиной возбуждаемых судном изгибно-гравитационных волн установлены крылья малого размаха, отличающееся тем, что крылья способны периодически устанавливаться и удаляться с поверхности судна с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн и находиться в установленном или удаленном положении в течение времени, равном половине периода этих волн.
