Способ разрушения ледяного покрова

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров при всплытии. Ледяной покров предлагается разрушать подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой. Судну при помощи предварительно установленных в его оконечностях подруливающих устройств обеспечивают вращение вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции в одном направлении и одновременно периодически изменяют его вращение на противоположное в течение времени, равного половине периода резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, а в самом тросе предусмотрен вертлюг. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова за счет создания подо льдом гидроудара.

 

Изобретение относится к области ледотехники, в частности, к подводным судам, разрушающим ледяной покров при их всплытии в сплошном льду.

Известно техническое решение (1. RU 2651321 С1), в котором ледяной покров предлагается разрушать подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса. Имеющиеся на судне балластные цистерны заполняют забортной водой, тем самым обеспечивая создание отрицательной силы плавучести. Под ледяным покровом на якорном тросе установлен нагревательный элемент. В результате его включения подо льдом в месте установки якоря возникнет область воды с повышенной температурой, т.е. с меньшей ее плотностью. Прогибы ледяного покрова возрастут, что увеличит изгибные напряжения во льду, а значит, и толщину разрушаемого льда при неизменной отрицательной силе плавучести.

Недостатком решения является его низкая эффективность из-за высокой теплоемкости воды и незначительного изменения ее плотности при нагревании.

Сущность изобретения заключается в разработке способа, позволяющего увеличить прогибы льда.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении его эффективности, т.е. увеличении толщины разрушаемого льда.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой.

Отличительные: судну при помощи предварительно установленных в его оконечностях подруливающих устройств обеспечивают вращение вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции и одновременно периодически изменяют его вращение на противоположное в течение времени, равном половине периода резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, а в самом тросе предусмотрен вертлюг.

Известно (2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967 - 218 с), что приложение периодической знакопеременной нагрузки к ледяному покрову с периодом, равным периоду резонансных ИГВ, значительно увеличивает его деформации по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при такой нагрузке в ледяном покрове возникают резонансные ИГВ, т.е. волны с наибольшей амплитудой.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В средней части судна выполняют контейнер, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом. 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 прикрепляется ко льду. Затем забортной водой заполняют балластные цистерны. Судно приобретет отрицательную плавучесть и начнет натягивать якорный трос, создавая при этом вертикальную нагрузку на лед. Если при полном заполнении балластных цистерн под якорем не произойдет разрушения ледяного покрова, то включают подруливающие устройства. Судно начнет вращаться вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции, что обеспечит его устойчивое вращение (ось вращения не будет отклоняться от вертикали, т.е. энергозатраты на вращение будут минимальными, а вертикальная составляющая силы натяжения троса - максимальной). Параметры подруливающих устройств, обеспечивающих такой режим, определяются предварительно путем проведения соответствующих экспериментов или расчетов. Вращение осуществляют с максимально возможной угловой скоростью, т.е. при полном использовании мощности подруливающих устройств, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, что также будет способствовать обеспечению устойчивости вращения судна (недопущению отклонения троса от вертикального положения). Неизбежно возникающие при этом за счет увлекаемых корпусом судна во вращательное движение масс воды ее центробежные силы инерции вызовут появление подо льдом области пониженного давления с максимумом разряжения на оси вращения судна, т.е. под установленным якорем. Понижение давления вызовет соответствующий рост изгибных напряжений в ледяном покрове. Если и это не вызовет разрушение ледяного покрова, то за счет подруливающих устройств вращение судна изменяют на противоположное. Увлеченные во вращательное движение массы воды (попутный поток или спутная струя) встретят на пути своего движения сопротивление в виде противоположно вращающегося судна, также генерирующего встречный поток воды. В результате взаимодействия этих встречных движений возникнет гидроудар, т.е. область резкого возрастания давления. Если и это не приведет к разрушению ледяного покрова, то вращение судна периодически изменяют на противоположное в течение времени, равном половине периода резонансных ИГВ [2] (в течение этого времени формируется вершина волны). Это будет приводить к периодическому созданию гидроударов также с частотой резонансных ИГВ наибольшей интенсивности, т.к. при таком интервале времени будут накладываться друг на друга области максимальных давлений. Периодическое же их создание с резонансной частотой ИГВ обеспечит повышение эффективности их воздействия на лед, что неизбежно будет ослаблять прочностные свойства льда. Таким образом, появится дополнительная динамическая нагрузка на лед, что позволит достичь заявленный технический результат.

Изобретение не нуждается в графическом пояснении.

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 судну при помощи предварительно установленных в его оконечностях подруливающих устройств обеспечивают вращение вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции в одном направлении и одновременно периодически изменяют его вращение на противоположное в течение времени, равного половине периода резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, а в самом тросе предусмотрен вертлюг.