Устройство для разрушения ледяного покрова
Владельцы патента RU 2683123:
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, разрушающим ледяной покров. Предложено устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, снабженного якорем, диаметр раскрытия лап которого должен быть больше длины рубки, обеспечивающим при помощи троса прикрепление судна ко льду, и балластными цистернами, заполнение которых забортной водой обеспечивает возникновение отрицательной силы плавучести, достаточной для разрушения ледяного покрова заданной толщины. Точка крепления троса к подводному судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна. Под ледяным покровом на якорном тросе установлен насос, способный периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн отсасывать из-подо льда воду в течение времени, равного половине их периода, и с расходом, при котором под ледяным покровом будет возникать кавитационная каверна. Технический результат заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова. 1 ил.
Изобретение относится к области ледотехники, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров при их всплытии в сплошном льду.
Уровень техники известен из устройства (1. RU 2575911 C1), которое состоит из подводного судна, снабженного якорем, прикрепленным тросом к судну и способным прикрепляться ко льду. Судно оснащено балластными цистернами объемом, заполнение которых забортной водой обеспечивает возникновение отрицательной силы плавучести достаточной для разрушения ледяного покрова заданной толщины.
Недостатком решения является ограниченность толщины разрушаемого льда, зависящей от объема балластных цистерн, т.е. запаса плавучести судна.
Сущность изобретения заключается в разработке устройства, позволяющего увеличить деформации льда при неизменной нагрузке.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении его эффективности, т.е. увеличении толщины разрушаемого льда.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, снабженного якорем, прикрепленным тросом к судну и выполненным с возможностью прикрепления ко льду, балластными цистернами объемом, заполнение которых забортной водой обеспечивает возникновение отрицательной силы плавучести достаточной для разрушения ледяного покрова заданной толщины, при этом точка крепления троса к судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна, а диаметр раскрытия лап якоря должен быть больше длины рубки судна.
Отличительные: под ледяным покровом на якорном тросе установлен насос, способный периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн отсасывать из-подо льда воду в течение времени равному половине их периода и с расходом, при котором под ледяным покровом будет возникать кавитационная каверна.
Общеизвестно, что у всасывающего патрубка работающего насоса происходит падение давления в потоке жидкости. Поэтому при расположении патрубка вблизи нижней поверхности ледяного покрова его прогибы от действия вертикальной нагрузки возрастут.
Также известно (2. Козин В. М., Скрипачев В. В. Колебания ледяного покрова под действием периодически изменяющейся нагрузки. / ПМТФ - Новосибирск.: Изд-во СО РАН. - 1992, №5), что периодическое приложение к ледяному покрову поперечной нагрузки с частотой равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) приводит к значительному увеличению деформаций (амплитуды прогибов) льда по сравнению с ее стационарным приложением.
Изобретение осуществляется следующим образом.
В средней части судна выполнен контейнер, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом. При этом точка 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. 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 зарядка, установленного в головной части якоря. После выхода якоря из-подо льда его лапы автоматически раскрываются (по принципу раскрывающегося зонта), и он прикрепляется ко льду. Затем забортной водой заполняют балластные цистерны. Судно приобретает отрицательную плавучесть и начнет натягивать якорный трос, создавая при этом вертикальную нагрузку на лед.
Если после полного заполнения балластных цистерн разрушения льда не произойдет, то периодически включают предварительно установленный на якорном тросе насос, способный периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн отсасывать из-подо льда воду в течение времени равному половине их периода и с расходом, при котором под ледяным покровом будет возникать кавитационная каверна. В результате подо льдом возникнет область воды с наибольшим падением давления, что увеличит изгибные напряжения во льду, т.е. толщину разрушаемого льда при неизменной нагрузке за счет возбуждения дополнительной системы резонансных ИГВ с большей амплитудой. 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 значительного сопротивления при ее выходе из-подо льда. В результате будет достигнут заявленный технический результат.
Изобретение поясняется графически.
В средней части судна 1 выполняют контейнер, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом (эта позиция не показана). При возникновении необходимости всплытия судно 1 подвсплывает на безопасное заглубление Н. После выходя якоря 2 из-подо льда 3 его лапы 4 раскрываются до диаметра d, который больше длины рубки l. Затем балластные цистерны 5 заполняют забортной водой. Отрицательная сила плавучести D возникнет за счет натяжения якорного троса 6. При возникновении необходимости включают насос 7, способный периодически с частотой резонансных ИГВ отсасывать из-подо льда воду в течение времени равному половине их периода и с расходом, при котором под ледяным покровом будет возникать кавитационная каверна 8, что приведет к возбуждению резонансных ИГВ 9. Точка крепления троса 6 О совпадает с центром величины объемного водоизмещения судна С.
Устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, снабженного якорем, прикрепленным тросом к судну и выполненным с возможностью прикрепления ко льду, балластными цистернами объемом, заполнение которых забортной водой обеспечивает возникновение отрицательной силы плавучести, достаточной для разрушения ледяного покрова заданной толщины, при этом точка крепления троса к судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна, а диаметр раскрытия лап якоря должен быть больше длины рубки судна, отличающееся тем, что под ледяным покровом на якорном тросе установлен насос, способный периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн отсасывать из-подо льда воду в течение времени, равного половине их периода, и с расходом, при котором под ледяным покровом будет возникать кавитационная каверна.
