Устройство для разрушения ледяного покрова
Владельцы патента RU 2779894:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема" (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Хабаровский федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук" (RU)
Изобретение относится к судостроению, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Предложено устройство для разрушения ледяного покрова, которое представляет собой подводное судно, способное перемещаться подо льдом с резонансной скоростью и возбуждать резонансные изгибно-гравитационные волны (ИГВ). На поверхности носовой оконечности судна установлен пористый элемент, через который за пределы корпуса подается воздух. Воздух подается периодически с частотой, равной частоте ИГВ, в течение времени, равного половине периода этих волн. Повышается эффективность разрушения ледяного покрова. 1 ил.
Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом.
Устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного возбуждать резонансные ИГВ при движении подо льдом с резонансной скоростью, и пористого элемента, установленного на верхней поверхности носовой части корпуса судна, через который за пределы корпуса подается воздух (1. RU 2235038 С1, принятое за прототип).
Недостатком известного устройства является ограниченность высоты возбуждаемых с его помощью ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности.
Сущность изобретения заключается в разработке устройства, увеличивающего высоту возбуждаемых ИГВ.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.
Существенные признаки, характеризующие изобретение: Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, представляющее собой подводное судно, способное перемещаться подо льдом с резонансной скоростью, и пористый элемент, установленный на верхней поверхности его носовой оконечности, через который за пределы корпуса подается воздух.
Отличительные: воздух подается периодически с частотой, равной частоте возбуждаемых судном резонансных ИГВ, в течение времени, равном половине периода этих волн.
Известно (2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с), что периодическое приложение нагрузки к ледяному покрову с частотой резонансных ИГВ значительно увеличивает его деформации по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при таких воздействиях возникают резонансные ИГВ. Таким образом, если под ледяным покровом периодически создавать дополнительную область повышенного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Для их благоприятной интерференции, т.е. достижения максимального периодического возрастания высоты суммарных ИГВ, необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [2]:
где: D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; ρл - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.
В этом случае при перемещении льда вверх от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вверх, а при перемещении льда вниз эти силы будут исчезать. Таким образом, длительность воздействия области повышенного давления на нижнюю поверхность льда в области вершины ИГВ будет равна половине периода резонансных ИГВ, т.е. способствовать максимальному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.
Изобретение осуществляется следующим образом.
В носовой части судна на его верхней поверхности в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ устанавливают пористый элемент, например, в виде перфорированной пластины. Если при движении судна с Vp амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то через пористый элемент начинают подавать воздух. Образующиеся при этом пузырьки сформируют слой воздушно-водяной смеси, что уменьшит вязкость воды приведет к увеличению средней скорости обтекания поверхности судна смесью в этом месте. 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 этого окажется не достаточно для разрушения льда, то воздух подается периодически с частотой, равной частоте возбуждаемых судном резонансных ИГВ, в течение времени, равном половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, накладывающихся на основные ИГВ. В результате интерференции этих волн их суммарная амплитуда, соответственно, и изгибные напряжения будут периодически возрастать, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова, т.е. позволит достичь заявленный технический результат.
Изобретение поясняется графически.
В носовой части 1 судна 2 устанавливают пористый элемент 3. При подаче через него воздуха сформируется воздушно-водяная смесь 4, благодаря которой амплитуда ИГВ изменится от ИГВ 5 до амплитуды ИГВ 6.
Устройство для разрушения ледяного покрова, представляющее собой подводное судно, способное перемещаться подо льдом с резонансной скоростью, и пористый элемент, установленный на верхней поверхности его носовой оконечности, через который за пределы корпуса подается воздух, отличающееся тем, что воздух подается периодически с частотой, равной частоте возбуждаемых судном резонансных изгибно-гравитационных волн, в течение времени, равного половине периода этих волн.
