RU2719744C1 - Device for destruction of ice cover - Google Patents

Abstract

FIELD: shipbuilding.SUBSTANCE: invention relates to the field of shipbuilding, in particular to underwater ships, breaking ice cover by resonant flexural-gravity waves. Device for breaking the ice cover consists of an underwater vessel capable of moving under the ice at a resonant speed. On upper surface of hull of ship in fore part of it under the first cavity excited by ship of flexural-gravity waves is periodically installed, i.e. extends from ship hull, wedge cavitator with frequency of resonant flexural-gravity waves, time of cavitator in extended position should be equal to half of their period.EFFECT: enabling increase in the ice cover destruction efficiency.1 cl, 1 dwg

Description

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).The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines, destroying the ice cover by the resonance method (1. Kozin V.M. Resonance method of ice cover destruction. Inventions and experiments - M.: Academy of Natural Sciences Publishing House, 2007-355 c .ISD No. 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.A technical solution is known (2. RU 2248908 C1), in which it is proposed to use a device in the form of an underwater vessel capable of moving under ice with a resonant speed to destroy the ice sheet. On the upper surface of the hull in the bow of the vessel under the first trough of the vessel excited by the bending-gravitational waves (IGW), a wedge-shaped cavitator is installed.

Недостатком устройства является недостаточная амплитуда возбуждаемых им ИГВ, т.е. его ледоразрушающая способность.The disadvantage of this device is the insufficient amplitude of the IGV excited by it, i.e. its ice-breaking ability.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, увеличивающего амплитуду ИГВ, возбуждаемых при поступательном движении подводного судна.The essence of the invention lies in the development of a device that increases the amplitude of the IGW excited during the translational motion of an underwater vessel.

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.The essential features characterizing the invention.

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.Restrictive: a device for the destruction of ice cover, consisting of an underwater vessel capable of moving under ice at a resonant speed, a wedge-shaped cavitator is installed on the upper surface of the vessel’s hull in the bow of the vessel under the first depression of the IGW excited by the vessel.

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.Distinctive: cavitator is installed, i.e. extends from the hull of the vessel, periodically with a frequency of resonant IGW, while the time spent by the cavitator in the extended position should be equal to half their period.

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).It is known (Z. Voitkunsky Y.I. Resistance to ship traffic. L .: Shipbuilding. 1988. - 287 pp.) That when a ship moves on its surface, friction forces arise. If they are reduced at any part of the surface, this will lead to an increase in the velocity of the fluid particles in this part, which, in turn, in accordance with Bernoulli’s law, will lead to a decrease in pressure at this place. One of the devices for reducing friction resistance is the installation of a wedge-shaped cavitator (see [3] on p. 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.In [1], it was shown that the nucleation of the IGW system occurs directly above its source (submarine vessel). Therefore, disturbances introduced into the flow in the field of generation of IGW will have a direct impact on the process of their development. Since the first depression of progressive IHV is formed above the hull of the vessel [1] (at the new tip) in a certain place, it becomes possible to influence the reaction of the elastic base (water) from deformation of the ice cover within the vessel's length. Obviously, this effect should be aimed at reducing the strength of maintaining water in the region of the basin of the IHV, since a decrease in pressure at this point will cause an increase in the depth of the depression and a corresponding increase in bending stresses in the ice plate. In turn, this will increase the efficiency of ice destruction by an underwater vessel.

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.It is also known (4. Kozin V.M., Skripachev V.V. Oscillation of the ice cover under the influence of a periodically changing load / PMTF - Novosibirsk: publishing house of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. - 1992. No. 5) that a periodic application of the transverse load to the ice sheet with a frequency equal to the frequency of resonant IGWs leads to a significant increase in deformations (amplitude of deflections) of ice compared with its stationary application.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

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.In the bow of the vessel, a wedge-shaped cavitator is installed on its upper surface at the most probable location of the first depression of the IHV. When the vessel moves with a resonant speed V _p, resonant IGWs will appear, the first depression of which will be above the section of the ship's surface with a cavitator. Over the area with the cavitator, the fluid particles will begin to move at a higher average speed (the completeness of the velocity plot in the boundary layer will increase), which will lead to a decrease in pressure and, accordingly, an increase in the depth of the IGW depression, i.e. their heights. As a result, bending stresses in the ice cover will increase. If even after this, ice breakdown does not occur, then the wedge-shaped cavitator is installed on the surface of the vessel periodically with the frequency of resonant IGW, while the time the cavitator is in the extended position should be equal to half their period. As a result of the periodic appearance of a region of increased pressure in the ice cover, an additional system of resonant IGWs will appear, in the phase superimposing on the main ones, i.e. from excited by the movement of the vessel, IGV. There will be favorable interference of the IHV, which will achieve the claimed technical result.

Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

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.A wedge-shaped cavitator 3 is installed in the bow 1 of vessel 2. When the vessel moves at a speed of V _{p, the} first depression of the IGV 4 will be above the cavitator 3. As a result, the amplitude of the IGV 4 will be larger compared to the amplitude of the IGV 5 excited by the known device [2]. Periodic installation of cavitator 3 will lead to the excitation of an additional system of resonant IGVs, the application of which to IGV 4 will cause an increase in the total amplitudes to IGV 6, which will achieve the stated result.

Claims (1)

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.A device for destroying the ice cover, consisting of an underwater vessel capable of moving under ice at a resonant speed, a wedge-shaped cavitator is installed on the upper surface of the hull in the bow of the vessel under the first depression of the bending-gravitational waves excited by the vessel, characterized in that the cavitator is installed, t. e. extends from the hull, periodically with a frequency of resonant flexural-gravitational waves, while the time spent by the cavitator in the extended position should be equal to half their period.

Images