Устройство для разрушения ледяного покрова

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 периодически устанавливается, т.е. выдвигается из корпуса судна, клиновидный кавитатор с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн, время нахождения кавитатора в выдвинутом положении должно быть равно половине их периода. 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.: Изд-во «Академия Естествознания», 2007-355 c.ISD №978-5-91327-017-7).

Известно техническое решение (2. RU 2248908 С1), в котором для разрушения ледяного покрова предлагается использовать устройство в виде 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) установлен клиновидный кавитатор.

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 установлен клиновидный кавитатор.

Отличительные: кавитатор устанавливается, т.е. выдвигается из корпуса судна, периодически с частотой резонансных ИГВ, при этом время нахождения кавитатора в выдвинутом положении должно быть равно половине их периода.

Известно (З. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. Л.: Судостроение. 1988. - 287 с.), что при движении судна на его поверхности возникают силы трения. Если на каком-либо участке поверхности их уменьшить, 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 снижения сопротивления трения является установка клиновидного кавитатора (см. [3] на с. 97).

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.

Также известно (4. Козин В.М., Скрипачев В.В. Колебания ледяного покрова под воздействием периодически меняющейся 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.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В носовой части судна на его верхней поверхности в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ устанавливают клиновидный кавитатор. При движении судна с резонансной скоростью V_p возникнут резонансные ИГВ, первая впадина которых окажется над участком судовой поверхности с кавитатором. Над участком с кавитатором частицы жидкости начнут двигаться с большей средней скоростью (возрастет полнота эпюры скоростей в пограничном слое), что приведет к понижению давления и, соответственно, увеличению глубины впадины ИГВ, т.е. их высоты. В результате повысятся изгибные напряжения в ледяном покрове. Если и после этого не произойдет разрушения льда, то клиновидный кавитатор устанавливают на поверхности судна периодически с частотой резонансных ИГВ, при этом время нахождения кавитатора в выдвинутом положении должно быть равно половине их периода. В результате периодического появления области повышенного давления в ледяном покрове возникнет дополнительная система резонансных ИГВ, в фазе накладывающихся на основные, т.е. от возбуждаемые от движения судна, ИГВ. Произойдет благоприятная интерференция ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.

Изобретение поясняется чертежом.

В носовой части 1 судна 2 устанавливают клиновидный кавитатор 3. При движении судна со скоростью V_p первая впадина ИГВ 4 окажется над кавитатором 3. В результате амплитуда ИГВ 4 будет больше по сравнению с амплитудой ИГВ 5, возбуждаемых известным устройством [2]. Периодическая установка кавитатора 3 приведет к возбуждению дополнительной системы резонансных ИГВ, наложение которых на ИГВ 4 вызовет увеличение суммарных амплитуд до ИГВ 6, что позволит достичь заявленный результат.

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 установлен клиновидный кавитатор, отличающееся тем, что кавитатор устанавливается, т.е. выдвигается из корпуса судна, периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом время нахождения кавитатора в выдвинутом положении должно быть равно половине их периода.