RU2170689C1 - Method of ice breaking - Google Patents

Abstract

FIELD: shipbuilding; submarine ships breaking ice cover by resonance flexural gravitational waves. SUBSTANCE: hydraulic impact is additionally formed over ice from beneath by braking the ship and deflection of mass of water of following wake towards ice cover to area of flexural gravitational wave crest. Mass of water is deflected by means of plates mounted in upper aft portion of ship. EFFECT: enhanced efficiency of ice breaking. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду. The invention relates to shipbuilding, in particular to submarines sailing in ice conditions and destroying the ice cover in a resonant way when surfacing in solid ice.

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми подводным судном (Козин В.М., Онищук А.В. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. ПМТФ. - Новосибирск: Наука, 1994. - N 2, с. 78-81), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с разонансной скоростью U_р, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ максимальна.The prior art is known from the method of ice cover destruction by resonant bending-gravitational waves (IGW) excited by an underwater vessel (Kozin V.M., Onishchuk A.V. Model studies of wave formation in a continuous ice sheet from the movement of an underwater vessel. PMTF. - Novosibirsk: Science , 1994. - N 2, pp. 78-81), in which it is proposed to destroy the ice cover by an underwater vessel by excitation of flexural-gravitational waves when it moves with a resonant speed U _p , i.e. at the speed at which the amplitude of the excited IGV is maximum.

Недостатком способа является невозможность увеличения амплитуды ИГВ, т. е. ледоразрушающей способности судна, при его движении с резонансной скоростью. The disadvantage of this method is the impossibility of increasing the amplitude of the IGW, i.e., the ice-breaking ability of the vessel, when it moves at a resonant speed.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды ИГВ. The essence of the invention lies in the development of a method of increasing the amplitude of IVG.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном. The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of ice destruction by an underwater vessel.

Существенные признаки, характеризующие изобретение:
oграничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении;
oтличительные: под ледяным покровом дополнительно создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна и отклонения масс воды попутного потока в направлении к ледяному покрову в район вершины изгибно-гравитационной волны, причем отклоняют массы воды попутного потока при помощи пластин, установленных в верхней кормовой части судна.The essential features characterizing the invention:
restrictive: the ice cover is destroyed by an underwater vessel by excitation of resonant flexural-gravitational waves in ice during its movement;
distinctive: under the ice cover, additionally create a hydraulic shock on the ice from below by braking the submarine and deflecting the masses of water of the associated flow towards the ice cover to the region of the peak of the flexural-gravitational wave, and the masses of water of the associated flow are deflected by the plates installed in the upper stern the ship.

Известно (Войткунский Я.И. Сопротивление воды движению судов.- Л.: Судостроение. - 1988. - 288 с. ), что при движении тела в жидкости за ним вследствие вязкостных свойств жидкости и из-за отрыва пограничного слоя образуется попутный поток, т.е. струя поступательно движущейся за телом жидкости. Скорость в этом потоке в районе кормовой оконечности тела примерно равна скорости тела. Если тело, т.е. подводное судно, резко затормозить, то попутный поток, продолжая свое поступательное движение по инерции, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к скачкообразному уменьшению скорости попутного потока и, как известно из курса гидравлики (см. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидропроводы.- М. : Машиностроение. - 1982. - 424 с.), - к гидроудару, т.е. резкому повышению давления в районе кормы судна. Наложение этого давления на давление на нижнюю поверхность ледяного покрова от волновых колебаний воды приведет к увеличению деформаций льда, т.е. амплитуды ИГВ. В результате ледоразрушающая способность судна возрастет. Однако при торможении судна только часть кинетической энергии попутного потока превратится в потенциальную энергию повышенного давления, т.к. при его столкновении с судном массы воды продолжат по инерции свое поступательное движение с уменьшенной скоростью, обтекая корпус судна. Если эти массы воды попутного потока отклонить, направив их в сторону ледяного покрова, то это вызовет дополнительное повышение давления, т. к. образовавшийся скоростной поток, встретив на своем пути препятствие в виде ледяного покрова, также затормозится. Таким образом мощность суммарного гидроудара возрастет, что повысит эффективность разрушения льда подводным судном. It is known (Ya.I. Voitkunsky. Resistance of water to ship traffic.- L .: Shipbuilding. - 1988. - 288 p.) That when a body moves in a liquid behind it due to the viscous properties of the fluid and due to separation of the boundary layer, a passing flow is formed, those. a jet of fluid moving behind the body. The speed in this stream at the aft end of the body is approximately equal to the speed of the body. If the body, i.e. submarine, sharply slow down, then the passing stream, continuing its progressive motion by inertia, will meet an obstacle in the way in the form of a stopped ship. This will lead to an abrupt decrease in the velocity of the associated flow and, as is known from the course of hydraulics (see Bashta T.M. et al. Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic pipes.- M.: Mechanical Engineering. - 1982. - 424 p.), - to hydroblow , i.e. a sharp increase in pressure in the stern of the vessel. The application of this pressure to the pressure on the lower surface of the ice sheet from wave oscillations of water will lead to an increase in ice deformations, i.e. the amplitudes of the IGV. As a result, the ice breaking capacity of the ship will increase. However, when the ship decelerates, only part of the kinetic energy of the associated flow will turn into potential energy of increased pressure, since when it collides with the vessel, the masses of water will continue by inertia their forward movement at a reduced speed, flowing around the hull of the vessel. If these masses of water of the associated flow are rejected and directed towards the ice cover, then this will cause an additional increase in pressure, since the formed high-speed flow, having encountered an obstacle in the form of an ice cover on its way, will also slow down. Thus, the capacity of the total water hammer will increase, which will increase the efficiency of ice destruction by an underwater vessel.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью ν_p для возбуждения резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судно, например за счет реверса гребных винтов, резко останавливают. Попутный поток, сформировавшийся за судном при его поступательном движении, продолжая по инерции свое движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к скачкообразному увеличению давления в районе кормы судна. Вследствие несжимаемости воды это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность ледяного покрова, что вызовет увеличение деформации льда. Одновременно с торможением судна начинают отклонять, например, при помощи установленных в верхней кормовой части судна пластин массы воды попутного потока, обтекающие по инерции судно и сохраняющие часть своей кинетической энергии. При этом пластины закрепляют на верхней части корпуса шарнирно и поворачивают на угол, обеспечивающий отклонение масс воды попутного потока в направлении к ледяному покрову в район вершины ИГВ. Затормозившись от столкновения с ледяным покровом, эти массы воды вызовут дополнительное повышение давления. В свою очередь это приведет к дополнительному увеличению амплитуды и соответствующему повышению эффективности разрушения льда.Under the ice cover at a given depth, a submarine begins to move at a speed of ν _p to excite resonant IGWs. If the amplitude of these waves is insufficient to destroy the ice cover, then the vessel, for example due to the reverse of the propellers, is stopped abruptly. A passing stream, formed behind the vessel during its forward movement, continuing its movement by inertia, will encounter an obstacle in the way in the form of a stopped vessel. This will lead to an abrupt increase in pressure in the stern of the vessel. Due to the incompressibility of the water, this pressure is instantly transmitted to the lower surface of the ice sheet, which will cause an increase in ice deformation. Simultaneously with the deceleration of the vessel, they begin to deflect, for example, by means of plates installed in the upper aft part of the vessel, masses of water of a passing stream, which flow around the inertia of the vessel and retain some of its kinetic energy. In this case, the plates are pivotally mounted on the upper part of the body and rotated through an angle, which ensures the deviation of the masses of water of the associated flow towards the ice cover in the region of the summit of the IGV. Slowing down from a collision with ice cover, these masses of water will cause an additional increase in pressure. In turn, this will lead to an additional increase in amplitude and a corresponding increase in the efficiency of ice destruction.

Изобретение поясняется чертежом, где показана схема деформирования ледяного покрова от возбуждаемых ИГВ и действия гидроудара. The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the deformation of the ice cover from the excited IGW and the effects of water hammer.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинает движение подводное судно 2 со скоростью ν_p, которое возбуждает систему резонансных ИГВ-3. Одновременно за судном вследствие вязкости воды образуется попутный поток 4.Under the ice sheet 1 at a given depth H, the submarine 2 begins to move at a speed of ν _p , which excites a system of resonant IGV-3. Simultaneously, due to the viscosity of the water, a by-pass stream 4 is formed behind the vessel.

Если амплитуда возбуждаемых волн 3 недостаточна для разрушения льда 1, то судно 2 резко тормозят (например, за счет реверса гребного винта 5). Попутный поток 4, продолжая по инерции свое поступательное движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна 2. Скорость потока резко уменьшится, что приведет к появлению в районе кормы судна области повышенного давления 6. Поскольку воду при реальных скоростях эксплуатации судов можно считать несжимаемой, то это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность льда 1 и приведет к появлению волны вспучивания 7. Одновременно с торможением судна при помощи пластины 8 начинают отклонять массы воды попутного потока 9, обтекающие по инерции верхнюю часть корпуса судна 2. При этом пластины 8 закрепляют на верхней части корпуса при помощи шарниров 10 и поворачивают на угол α, обеспечивающий отклонение массы воды попутного потока 9 в направлении к ледяному покрову в район вершины ИГВ 7. Затормозившись от столкновения с ледяным покровом 1, массы воды 9 вызовут дополнительное увеличение амплитуды ИГВ 11. Сложение ИГВ 3, волн вспучивания 7 и 11 приведет к увеличению суммарных деформаций льда, т.е. к увеличению амплитуды волны, профиль которой будет представлен кривой 12. Рост суммарной амплитуды ИГВ 12 приведет к увеличению эффективности разрушения ледяного покрова 1. If the amplitude of the excited waves 3 is insufficient to destroy the ice 1, then the vessel 2 is sharply braked (for example, due to the reverse of the propeller 5). Associated stream 4, continuing its inertial motion by inertia, will encounter an obstacle in the form of a stopped vessel 2. The flow velocity will sharply decrease, which will lead to the appearance of an area of increased pressure in the stern of the vessel 6. Since water can be considered incompressible at real vessel operating speeds , then this pressure will instantly be transferred to the lower surface of the ice 1 and will lead to the appearance of a wave of expansion 7. Simultaneously with the braking of the vessel with the help of the plate 8, the masses of water of the associated flow 9 begin to deflect. , inertia flowing around the upper part of the ship’s hull 2. In this case, the plates 8 are fixed on the upper part of the hull by means of hinges 10 and rotated through an angle α, which ensures the deviation of the mass of water of the by-pass stream 9 towards the ice sheet in the region of the summit of the IGV 7. Slowing down from a collision with ice cover 1, the mass of water 9 will cause an additional increase in the amplitude of IGV 11. The addition of IGV 3, swelling waves 7 and 11 will lead to an increase in the total deformation of ice, i.e. to increase the amplitude of the wave, the profile of which will be represented by curve 12. The growth of the total amplitude of the IGV 12 will increase the efficiency of destruction of the ice sheet 1.

Claims (1)

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении, отличающийся тем, что под ледяным покровом дополнительно создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна и отклонения масс воды попутного потока в направлении к ледяному покрову в район вершины изгибно-гравитационной волны, причем отклоняют массы воды попутного потока при помощи пластин, установленных в верхней кормовой части судна. A method of destroying ice cover by an underwater vessel by exciting resonant flexural-gravitational waves in ice during its movement, characterized in that under the ice cover an additional hydraulic shock is created on the ice from below by braking the submarine and deflecting the masses of water in the direction of the ice cover to the area the tops of the flexural-gravitational wave, and the water masses of the associated flow are deflected by means of plates installed in the upper stern of the vessel.