Устройство для разрушения ледяного покрова
Владельцы патента RU 2713438:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук" (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема" (RU)
Изобретение относится к области судостроения, а именно к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного возбуждать во льду резонансные изгибно-гравитационные волны при движении подо льдом с резонансной скоростью, и пластины, установленной на верхней поверхности носовой части корпуса судна. Поверхность пластины выполнена ребристой, а пазы пластины расположены вдоль корпуса. Ребристая поверхность пластины способна периодически становиться гладкой с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн и находиться в том и другом состояниях в течение времени, равного половине периода этих волн. Достигается повышение эффективности разрушения льда подводным судном. 2 ил.
Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М.: изд-во «Академия Естествознания». 2007. - 355 с., ISBN 978-5-91327-017-7).
Известно устройство для разрушения ледяного покрова в виде подводного судна и установленной на его верхней поверхности ребристой пластины (2. RU 2231470 С1)
Недостатком устройства является недостаточная амплитуда возбуждаемых им изгибно-гравитационных волн (ИГВ), т.е. 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, т.е. толщины разрушаемого льда.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного возбуждать во льду резонансные ИГВ при движении подо льдом с резонансной скоростью, и пластины, установленной на верхней поверхности носовой части корпуса судна, при этом поверхность пластины выполнена ребристой, а пазы пластины расположены вдоль корпуса.
Отличительные: ребристая поверхность пластины способна периодически становиться гладкой с частотой резонансных ИГВ и находиться в том и другом состояниях в течение времени равном половине периода этих волн.
Известно [1], 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.
Известно и то (3. Войткунский Я.Н. Сопротивление движению судов. - Л.: Судостроение. 1998 - 287 с.), что для снижения сопротивления трения можно применять ребристые поверхности с продольными пазами (например, пилообразной формы их поперечного сечения), расположенными вдоль потока (см. [3] на стр. 96). Снижение сопротивления трения приводит к увеличению полноты эпюры скоростей пограничного слоя, т.е. к увеличению средней скорости обтекания участка тела с ребристой поверхностью.
Также известно (4. 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 ИГВ приводит к значительному увеличению деформаций (амплитуды прогибов) льда по сравнению с ее стационарным приложением.
Изобретение осуществляется следующим образом.
В носовой части судна на его верхней поверхности в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ устанавливают пластину с ребристой поверхностью, пазы которой располагают вдоль корпуса, т.е. вдоль потока воды. Это приведет к уменьшению сопротивления трения, т.е. к увеличению средней скорости воды под впадиной ИГВ. В соответствии с законом Бернулли давление в этом месте понизится, что приведет к увеличению амплитуды ИГВ, изгибных напряжений в ледяном покрове и соответствующему повышению эффективности разрушения ледяного покрова.
Если и это не приведет к разрушению ледяного покрова, то ребристую поверхность пластины, выполненную, например, в виде мехов гармони, периодически делают гладкой (по аналогии с растяжением мехов гармони) с частотой резонансных ИГВ, при этом в том и другом состояниях пластина должна находиться в течение времени равном половине периода этих волн. В результате периодического изменения давления над пластиной с резонансной частотой возникнут дополнительные резонансные ИГВ, в фазе накрадывающиеся на основные, т.е. от движения судна. Возникнет их благоприятная интерференция (увеличение суммарных амплитуд), что позволит достичь заявленный технический результат.
Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показан вид на устройство сбоку; на фиг. 2 - вид по сечению А-А на фиг. 1.
В носовой части 1 судна 2 устанавливают пластину с ребристой поверхностью 3 (фиг. 1, фиг. 2а). При движении судна 1 амплитуда ИГВ изменится от ИГВ 4 до амплитуды ИГВ 5 (фиг. 1). Периодическая способность ребристой поверхности 3 (фиг. 2а) становиться гладкой 6 (фиг. 2б) приведет к увеличению амплитуд от ИГВ 5 до ИГВ 7 (фиг. 1).
Устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного возбуждать во льду резонансные изгибно-гравитационные волны при движении подо льдом с резонансной скоростью, и пластины, установленной на верхней поверхности носовой части корпуса судна, при этом поверхность пластины выполнена ребристой, а пазы пластины расположены вдоль корпуса, отличающееся тем, что ребристая поверхность пластины способна периодически становиться гладкой с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн и находиться в том и другом состояниях в течение времени, равного половине периода этих волн.
