RU2736179C1 - Method of ice cover destruction - Google Patents

Abstract

FIELD: vessels and other watercrafts.SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding, particularly, to underwater vessels destroying ice cover during surfacing. Disclosed is method of destruction of ice cover by submarine by its attachment to ice by means of anchor and rope. Available on-board ballast tanks are filled with outboard water. Vessel, using pre-installed in its ends thrust devices provide rotation around its vertical main axis of inertia, wherein rope is attached to ship at point located on its rotational axis while swivel is arranged therein. Water is sucked into thrusters on channel, inlet of which is located under ice under anchor installation place.EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of ice breaking.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области ледотехники, в частности, к подводным судам, разрушающим ледяной покров при их всплытии в сплошном льду.The invention relates to the field of ice technology, in particular, to submarines that destroy the ice cover when they surface in solid ice.

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.Known technical solution (1. RU 2651321 C1,), in which the ice cover is proposed to be destroyed by a submarine by attaching it to the ice with an anchor and a cable. The ballast tanks available on the ship are filled with seawater, thereby creating a negative buoyancy force. A heating element is installed under the ice cover on the anchor cable. As a result of its activation under the ice at the place where the anchor is installed, an area of water with an increased temperature will appear, i.e. with its lower density. The deflections of the ice cover will increase, which will increase the bending stresses in the ice, and, hence, the thickness of the destroyed ice with a constant negative buoyancy force.

Недостатком решения является его низкая эффективность из-за высокой теплоемкости воды и незначительного изменения ее плотности при нагревании.The disadvantage of this solution is its low efficiency due to the high heat capacity of water and a slight change in its density when heated.

Сущность изобретения заключается в разработке способа, позволяющего увеличить прогибы льда.The essence of the invention lies in the development of a method to increase the deflections of the ice.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении его эффективности, т.е. увеличении толщины разрушаемого льда.The technical result obtained during the implementation of the invention consists in increasing its efficiency, i.e. increasing the thickness of the destroyed ice.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.Essential features that characterize the invention.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой.Restrictive: a method of breaking the ice cover by a submarine by attaching it to the ice using an anchor and a rope, followed by filling the ballast tanks with seawater.

Отличительные: судну при помощи предварительно установленных в его оконечностях подруливающих устройств обеспечивают вращение вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, в самом тросе предусмотрен вертлюг, а вода засасывается в подруливающие устройства по каналу, входное отверстие которого располагают под местом установки якоря.Distinctive: the ship, with the help of thrusters pre-installed at its ends, provides rotation around its vertical main central axis of inertia, while the cable is attached to the ship at a point located on the axis of its rotation, a swivel is provided in the cable itself, and water is sucked into the bow thrusters along channel, the inlet of which is located under the place where the anchor is installed.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is carried out as follows.

В средней части судна выполняют контейнер, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом и гофрированную трубу, которая служит каналом, по которому вода засасывается в подруливающие устройства, при этом входное отверстие канала располагают подо льдом под местом установки якоря. 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. Предусмотренный в тросе вертлюг будет устранять его скручивание, 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). Вода засасывается в подруливающие устройства по каналу, входное отверстие которого располагают подо льдом, т.е. под местом установки якоря. Неизбежно возникающие при этом центробежные силы инерции воды вызовут появление подо льдом области пониженного давления с максимальным разряжением на оси вращения судна, т.е. под установленным якорем. Если и после этого разрушения льда не произойдет, то вращение судна прекращают и под ледяной покров устанавливают гофрированную трубу (канал, по которому вода засасывается в подруливающие устройства), предварительно уложенную в контейнер. Для этого ее заполняют сжатым воздухом и она, благодаря торцевой задвижке, под действием положительных сил плавучести по направляющей в виде якорного троса с помощью скользящих вдоль троса шайб всплывет под ледяным покровом на рациональное заглубление, эффективность величины которого (максимальную скорость воды подо льдом при минимальном расходе воды через нее) определяют экспериментально или теоретически. Затем вновь включают подруливающие устройства и открывают торцевую задвижку трубы, т.е. в нее начнет засасываться забортная вода. Таким образом, подо льдом в месте установки якоря возникнет течение, что, в соответствии с законом Бернулли, приведет к падению давления в этом месте. В результате под ледяным покровом понижение давления произойдет не только за счет возникновения центробежных сил от вращения судна, но и за счет возникновения потока жидкости (течения подо льдом). Дополнительное понижение давления подо льдом вызовет соответствующий рост деформаций и сопутствующих изгибных напряжений в ледяном покрове, что позволит достичь заявленный технический результат.In the middle part of the vessel, a container is made into which an anchor with a cable and a corrugated pipe are laid in a folded state, which serves as a channel through which water is sucked into the thrusters, while the channel inlet is located under the ice under the anchor installation site. If there is a need to ascend, the vessel floats to a safe depth and stops. Then from the container in a vertical direction is fired, for example with the help of a powder charge, the anchor in the folded state. For breaking through ice, i.e. to create a hole in the ice, for example, a shaped charge jet installed in the head of the anchor can be used. After the anchor comes out from under the ice, its legs are automatically opened (like an opening umbrella) and it is attached to the ice. Then ballast tanks are filled with seawater. The vessel will acquire negative buoyancy and will begin to pull the anchor line, thus creating a vertical load on the ice. If, when the ballast tanks are completely filled under the anchor, the destruction of the ice cover does not occur, the thrusters are turned on. The vessel will begin to rotate around its vertical main central axis of inertia, which will ensure its stable rotation (the axis of rotation will not deviate from the vertical, i.e., the energy consumption for rotation will be minimal, and the vertical component of the cable tension force will be maximal). The parameters of the thrusters providing such a mode are determined in advance by conducting appropriate experiments or calculations. Rotation is carried out with the maximum possible angular velocity, i.e. with full use of the power of the thrusters. The swivel provided in the cable will eliminate its twisting, while the cable is attached to the vessel at a point located on the axis of its rotation, which will also help to ensure the stability of the rotation of the vessel (preventing the cable from deviating from the vertical position). Water is sucked into the thrusters through a channel, the inlet of which is located under the ice, i.e. under the anchor installation site. Inevitably, the centrifugal forces of water inertia arising in this case will cause the appearance under the ice of a region of low pressure with maximum vacuum on the axis of rotation of the vessel, i.e. under the installed anchor. If after this destruction of ice does not occur, then the rotation of the vessel is stopped and a corrugated pipe (a channel through which water is sucked into the thrusters) is placed under the ice cover, which is previously laid in a container. To do this, it is filled with compressed air and, thanks to the end valve, under the influence of positive buoyancy forces along a guide in the form of an anchor cable with the help of washers sliding along the cable, it will float under the ice cover to a rational depth, the efficiency of which (the maximum speed of water under the ice at minimum flow rate water through it) is determined experimentally or theoretically. Then the thrusters are switched on again and the pipe end valve is opened, i.e. outboard water will begin to be sucked into it. Thus, under the ice at the place where the anchor is installed, a current will arise, which, in accordance with Bernoulli's law, will lead to a drop in pressure at this place. As a result, a decrease in pressure under the ice cover will occur not only due to the emergence of centrifugal forces from the rotation of the vessel, but also due to the occurrence of a liquid flow (flow under the ice). An additional decrease in pressure under the ice will cause a corresponding increase in deformations and associated bending stresses in the ice cover, which will make it possible to achieve the stated technical result.

Изобретение поясняется графически.The invention is illustrated graphically.

В средней части судна 1 выполняют контейнер 2, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом и гофрированную трубу (эти позиции не показаны). При возникновении необходимости всплытия судно 1 подвсплывает на безопасное заглубление Н и останавливается. Затем из контейнера 2 в вертикальном направлении выстреливается, например при помощи порохового заряда, якорь 3. После выхода якоря 3 из-подо льда 4 его лапы 5 автоматически раскрываются. Затем забортной водой заполняют балластные цистерны 6. Судно приобретет отрицательную плавучесть D и начнет натягивать якорный трос 7, создавая при этом вертикальную нагрузку на лед Р, равную D. Если при полном заполнении балластных цистерн 6 под якорем 3 не произойдет разрушения ледяного покрова, то включают подруливающие устройства 8. Предусмотренный в тросе вертлюг 9 будет устранять его скручивание. Если и после этого разрушения льда не произойдет, то вращение судна прекращают и под ледяной покров устанавливают гофрированную трубу 10. Для этого ее заполняют сжатым воздухом и она, благодаря торцевой задвижке 11, под действием положительных сил плавучести по направляющей в виде якорного троса с помощью скользящих вдоль троса шайб 12 всплывет под ледяным покровом на необходимое рациональное заглубление H₁. Затем вновь включают подруливающие устройства 8 и открывают торцевую задвижку трубы 11, т.е. в нее начнет засасываться забортная вода. Таким образом, подо льдом в месте установки якоря возникнет течение 13, что, в соответствии с законом Бернулли, приведет к падению давления в этом месте. В результате под ледяным покровом возникнет область пониженного давления 14 не только за счет возникновения центробежных сил от вращения судна, но и за счет возникновения потока жидкости 13.In the middle of the vessel 1, a container 2 is made, in which an anchor with a cable and a corrugated pipe (these positions are not shown) are laid in a folded state. If there is a need to ascend, vessel 1 floats to a safe depth H and stops. Then from the container 2 in the vertical direction is fired, for example with a powder charge, anchor 3. After the anchor 3 leaves from under the ice 4, its legs 5 are automatically opened. Then the ballast tanks 6 are filled with seawater. The vessel acquires negative buoyancy D and begins to pull the anchor cable 7, thus creating a vertical load on the ice P equal to D. If, when the ballast tanks 6 are completely filled under the anchor 3, the ice cover does not break, then turn on thrusters 8. The swivel 9 provided in the cable will eliminate its twisting. If after this destruction of ice does not occur, then the rotation of the vessel is stopped and a corrugated pipe 10 is installed under the ice cover. For this, it is filled with compressed air and, thanks to the end valve 11, under the action of positive buoyancy forces along a guide in the form of an anchor cable with the help of sliding along the cable of the washers 12 will float under the ice cover to the required rational depth H ₁ . Then the thrusters 8 are switched on again and the end valve of the pipe 11 is opened, i.e. outboard water will begin to be sucked into it. Thus, under the ice at the place where the anchor is installed, a current 13 will arise, which, in accordance with Bernoulli's law, will lead to a drop in pressure at this place. As a result, an area of reduced pressure 14 will appear under the ice cover, not only due to the occurrence of centrifugal forces from the rotation of the vessel, but also due to the occurrence of a fluid flow 13.

Понижение давления вызовет соответствующий рост изгибных напряжений, что позволит достичь заявленный технический результат.A decrease in pressure will cause a corresponding increase in bending stresses, which will allow achieving the stated technical result.

Claims (1)

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, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, в самом тросе предусмотрен вертлюг, а вода засасывается в подруливающие устройства по каналу, входное отверстие которого располагают под местом установки якоря.A method of breaking the ice cover by a submarine by attaching it to the ice using an anchor and a cable, followed by filling the ballast tanks with sea water, characterized in that the ship, with the help of thrusters pre-installed at its ends, is provided rotation around its vertical main central axis of inertia, while the cable is attached to the vessel at a point located on the axis of its rotation, a swivel is provided in the cable itself, and water is sucked into the thrusters along the channel, the inlet of which is located under the anchor installation site.

Images