RU2736190C1 - 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. Ice cover is proposed to be destroyed by submarine by its attachment to ice by means of anchor and rope. Available on-board ballast tanks are filled with outboard water. Simultaneously, the vessel is provided with the help of screw propellers periodic longitudinal reciprocating motions with frequency of resonant flexural-gravity waves.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 2570916 C1), 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 вертикальную нагрузку на лед за счет создания отрицательной силы плавучести. Кроме этого, дополнительную нагрузку на лед создают за счет вращения гребных винтов, т.е. увеличения силы натяжения троса.Known technical solution (1. RU 2570916 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 providing a vertical load on the ice due to the creation of a negative buoyancy force. In addition, an additional load on the ice is created due to the rotation of the propellers, i.e. increasing the cable tension.

Недостатком решения является его недостаточная эффективность, т.е. ограниченная толщина разрушаемого ледяного покрова.The disadvantage of this solution is its insufficient efficiency, i.e. limited thickness of the breaking ice cover.

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 и вращения гребных винтов.Restrictive: 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 seawater and rotating the propellers.

Отличительные: с помощью гребных винтов судну обеспечивают периодические продольные возвратно-поступательные движения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн.Distinctive: with the help of propellers, the ship is provided with periodic longitudinal reciprocating movements with the frequency of resonant flexural-gravity waves.

Известно (2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967 - 218 с.), что приложение периодической нагрузки к ледяному покрову с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, значительно увеличивает его деформации по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при таком режиме возникают резонансные ИГВ, т.е. волны с наибольшей амплитудой.It is known (2. DE Kheisin. Dynamics of ice cover. - L .: Gidrometeoizdat. 1967 - 218 p.) That the application of a periodic load to the ice cover with a frequency equal to the frequency of resonant IGW significantly increases its deformation in comparison with such the same intensity load, but applied stationary. This is explained by the fact that in this mode, resonant IGWs appear, i.e. waves with the greatest amplitude.

Очевидно, что при возвратно-поступательном движении судна в момент смены направления движения на противоположное в оконечностях судна будут возникать области резкого повышения давления, т.е. гидроудары. Это будет происходить потому, что сформировавшиеся за судном попутные потоки при поступательном движении в моменты изменения направления его движения будут встречать на своем пути препятствие в виде движущегося им навстречу судна. В результате взаимодействия (взаимного торможения) попутных потоков основная часть их кинетической энергии превратится в потенциальную энергию повышенного давления. Возникающие при этом гидроудары вследствие несжимаемости воды вызовут соответствующий рост деформаций ледяного покрова.Obviously, during the reciprocating movement of the vessel at the moment of changing the direction of movement to the opposite, at the ends of the vessel there will be areas of a sharp increase in pressure, i.e. water hammer. This will happen because the passing flows formed behind the vessel during forward movement at the moments of change in the direction of its movement will encounter an obstacle on their way in the form of a vessel moving towards them. As a result of interaction (mutual inhibition) of associated flows, the main part of their kinetic energy will be converted into potential energy of increased pressure. The resulting water hammer due to the incompressibility of water will cause a corresponding increase in the deformations of the ice cover.

Поскольку при реализации способа длина троса остается постоянной, то судно при возвратно-поступательном движении вследствие незначительного изменения силы плавучести в пределах изменения его заглубления будет совершать колебательные движения относительно точки подвеса, т.е. якоря. Таким образом, у судна появиться вертикальная составляющая скорости, благодаря которой на верхней поверхности его корпуса будет возникать периодически изменяющаяся область избыточного давления с максимальными значениями в точках возврата, т.е. при максимальном приближении судна к нижней поверхности ледяного покрова (при его максимальном отклонении), что также будет вызывать у него дополнительные деформации.Since the length of the cable remains constant during the implementation of the method, the vessel during reciprocating motion, due to a slight change in the buoyancy force within the limits of its depth change, will perform oscillatory movements relative to the suspension point, i.e. anchors. Thus, the vessel will have a vertical velocity component, due to which a periodically changing area of excess pressure will appear on the upper surface of its hull with maximum values at the return points, i.e. at the maximum approach of the vessel to the lower surface of the ice cover (at its maximum deviation), which will also cause additional deformations in it.

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, при этом точка крепления троса к судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна. В этом случае натяжение якорного троса при отсутствии хода у судна не вызовет ни крена, ни дифферента. 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. Совпадение направления действия этой нагрузки с направлением сил тяжести льда увеличит его разрушаемую толщину. Диаметр раскрытия якоря должен быть больше длины рубки. В этом случае при последующем всплытии судна из-подо льда после частичного осушения балластных цистерн в образовавшейся майне рубка будет взаимодействовать только с битым льдом, который не будет оказывать значительное сопротивление при ее выходе из-подо льда. Если после заполнения балластных цистерн не произойдет разрушение ледяного покрова под якорем, то с помощью гребных винтов судну обеспечивают периодические продольные возвратно-поступательные движения с частотой резонансных ИГВ. Таким образом, в течение периода резонансных ИГВ ко льду будет прикладываться дополнительная вертикальная нагрузка с частотой резонансных ИГВ, что вызовет резонансное увеличение прогибов и соответствующий рост изгибных напряжений в ледяном покрове. К этим нагрузкам добавятся гидроудары и дополнительные давления от вертикальных перемещений судна, также периодически возникающие с частотой резонансных ИГВ. Суммирование указанных выше нагрузок увеличит деформации льда, что позволит достичь заявленный технический результат.In the middle part of the ship, a container is made, in which an anchor with a cable is laid in a folded state, while the point of attachment of the cable to the ship must coincide with the center of the volumetric displacement of the ship. In this case, the tension of the anchor cable in the absence of movement of the vessel will not cause either heel or trim. If there is a need to ascend, the vessel floats to a safe depth and stops. Then from the container in the 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 open automatically (according to the principle of 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. The coincidence of the direction of action of this load with the direction of the gravity forces of the ice will increase its destructible thickness. The diameter of the anchor opening should be greater than the felling length. In this case, during the subsequent ascent of the vessel from under the ice after partial draining of the ballast tanks in the formed lane, the wheelhouse will interact only with broken ice, which will not provide significant resistance when it emerges from under the ice. If, after filling the ballast tanks, the destruction of the ice cover under the anchor does not occur, then with the help of the propellers, the ship is provided with periodic longitudinal reciprocating movements with the frequency of resonant IGW. Thus, during the period of resonant IGW, an additional vertical load with the frequency of resonant IGW will be applied to the ice, which will cause a resonant increase in deflections and a corresponding increase in bending stresses in the ice cover. These loads will be supplemented by hydraulic shocks and additional pressures from the vertical movements of the vessel, also periodically occurring with the frequency of resonant IGW. The summation of the above loads will increase the deformation of the ice, which will make it possible to achieve the stated technical result.

Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated by a drawing.

В средней части судна 1 выполняют контейнер 2, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом (эта позиция не показана). При возникновении необходимости всплытия судно 1 подвсплывает на безопасное заглубление Н. После выхода якоря 3 из-подо льда 4 его лапы 5 раскрываются до диаметра d, который больше длины рубки 1. Затем балластные цистерны 6 заполняют водой. Если не произойдет разрушение ледяного покрова 4 под якорем 3 с лапами 5 за счет натяжения якорного троса 7, возникающего от создания отрицательной силы плавучести D (точка крепления троса 7 «О» совпадает с центром величины объемного водоизмещения судна «С»), то начинают вращать гребные винты 8. Якорный трос из положения 7 отклонится до положения 9, что приведет к появлению дополнительной вертикальной силы Р. Для ее компенсации горизонтальные рули 10 перекладывают в положение 11. Судно из положения I переместится в положение II. Если после этого разрушения льда 4 под якорем 5 не произойдет, то с помощью гребных винтов 8 судну 1 обеспечивают продольные возвратно-поступательные движения из положения II в положение III, при этом для компенсации вертикальной силы Р горизонтальные рули 10 перекладывают в положение 12. В результате этого будут возникать области повышения давления 13. Поскольку судно 1 будет совершать колебательные движения по траектории 14 относительно точки подвеса 15, т.е. якоря 3, то у судна появиться вертикальная составляющая скорости V. Вследствие этого периодически будет возникать области повышенного давления 16.In the middle part of the ship 1, a container 2 is made, in which an anchor with a cable is laid in the folded state (this position is not shown). If there is a need to ascend, the vessel 1 floats to a safe depth H. After the anchor 3 emerges from under the ice 4, its legs 5 open to a diameter d, which is greater than the length of the deckhouse 1. Then, the ballast tanks 6 are filled with water. If the destruction of the ice cover 4 under the anchor 3 with paws 5 does not occur due to the tension of the anchor cable 7 arising from the creation of a negative buoyancy force D (the attachment point of the cable 7 "O" coincides with the center of the volumetric displacement of the vessel "C"), then they begin to rotate propellers 8. The anchor cable will deviate from position 7 to position 9, which will lead to the appearance of additional vertical force P. To compensate for it, the horizontal rudders 10 are shifted to position 11. The vessel will move from position I to position II. If after this destruction of ice 4 under the anchor 5 does not occur, then with the help of propellers 8, the vessel 1 is provided with longitudinal reciprocating movements from position II to position III, while to compensate for the vertical force P, the horizontal rudders 10 are shifted to position 12. As a result This will create areas of increasing pressure 13. Since the vessel 1 will perform oscillatory movements along the trajectory 14 relative to the suspension point 15, i.e. anchors 3, then the vessel will have a vertical component of the velocity V. As a result, areas of increased pressure will periodically appear 16.

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 и вращением гребных винтов, отличающийся тем, что с помощью гребных винтов судну обеспечивают периодические продольные возвратно-поступательные движения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн.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 and rotating the propellers, characterized in that with the help of propellers, the ship is provided with periodic longitudinal reciprocating movements with the frequency of resonant flexural-gravitational waves.

Images