RU2792464C1 - Method of breaking the ice cover - Google Patents

Abstract

FIELD: navigation in ice conditions.

SUBSTANCE: when implemented during the movement of the vessel, outboard water is sucked into the vessel using a pump located in its water flow channel, while the water intake part of the channel is located on the upper surface of the bow of the vessel at the location of the foot of the flexural-gravity wave, and the channel outlet is in the stern extremity. The pump is turned on and off periodically with the frequency of resonant flexural-gravity waves for a time equal to half their period. The flow of water leaving the channel is directed under the maximum peak of the flexural-gravity waves.

EFFECT: excitation of additional resonant bending-gravity waves in the ice, which will increase the ice-breaking ability of the vessel.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим в условиях сплошного ледяного покрова и разрушающим его резонансным методом (1. В.М. Козин. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Академия Естествознания, 2007, 355 с. ISBN 978-5-91327-017-7, см. с. 5-9).The invention relates to navigation in ice conditions, in particular to submarines, sailing in conditions of continuous ice cover and destroying it by the resonance method (1. V.M. Kozin. Resonant method of breaking the ice cover. Inventions and experiments. M .: Academy of Natural Sciences, 2007, 355 pp. ISBN 978-5-91327-017-7, see pp. 5-9).

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающегося в возбуждении изгибно-гравитационных волн (ИГВ) во льду при его движении подо льдом с резонансной скоростью (2. RU 2775904 - принят за прототип). Во время его движения осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в его водопроточном канале, при этом водозаборную часть канала располагают на верхней поверхности носовой оконечности судна в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала - в кормовой оконечности. Включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода.The prior art is known from the method of destruction of the ice cover by an underwater vessel, which consists in the excitation of flexural-gravity waves (IGW) in the ice when it moves under the ice at a resonant speed (2. RU 2775904 - taken as a prototype). During its movement, outboard water is sucked into the vessel using a pump located in its water-flow channel, while the water intake part of the channel is located on the upper surface of the bow of the vessel at the location of the sole of the IGV, and the channel outlet is at the aft end. Turning on and off the pump is carried out periodically with the frequency of resonant IGV for a time equal to half of their period.

Недостатком решения является ограниченность его ледоразрушающей способности.The disadvantage of the solution is the limitation of its ice-breaking ability.

Задачей изобретения является увеличение высоты возбуждаемых судном ИГВ.The objective of the invention is to increase the height of the IGVs excited by the vessel.

Технический результат заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.The technical result consists in increasing the thickness of the destructible ice cover.

Существенные признаки, характеризующие изобретениеEssential features characterizing the invention

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении ИГВ при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, во время его движения осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в его водопроточном канале, при этом водозаборную часть канала располагают на верхней поверхности носовой оконечности судна в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала - в кормовой оконечности, включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода.Restrictive: a method of destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of the IGW when the vessel moves under the ice at a resonant speed; the surface of the fore end of the vessel at the location of the sole of the MGV, and the channel outlet is at the aft end, the pump is switched on and off periodically with the frequency of the resonant IGV for a time equal to half of their period.

Отличительные: поток воды, выходящий из канала, направляют под максимальную вершину ИГВ.Distinctive: the flow of water leaving the channel is directed under the maximum top of the IGW.

Известно (3. Г. Шлихтинг. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969, 744 с., см. с. 54), что отсос забортной воды увеличивает скорость обтекания корпуса в месте расположения водозаборной части канала. Для достижения заявленного технического результата ее следует расположить под подошвой ИГВ. В соответствии с известным законом Бернулли это приведет к уменьшению давления в этой области. Понижение давления под ледяным покровом в месте расположения подошвы ИГВ увеличит их высоту и, соответственно, уровень изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. ледоразрушающую способность судна.It is known (3. G. Schlichting. Theory of the boundary layer. M.: Nauka, 1969, 744 pp., see p. 54) that the outboard water suction increases the flow rate around the body at the location of the intake part of the channel. To achieve the claimed technical result, it should be placed under the sole of the IGV. In accordance with the well-known Bernoulli's law, this will lead to a decrease in pressure in this area. A decrease in pressure under the ice cover at the location of the base of the IGWs will increase their height and, accordingly, the level of bending stresses in the ice cover, i.e. ice breaking capacity of the vessel.

Очевидно, что если поток воды направить под нижнюю поверхность ледяного покрова, то его скорость уменьшится. При этом его кинетическая энергия частично превратится в потенциальную энергию повышенного давления. Увеличение давления под вершиной ИГВ вызовет рост их высоты.Obviously, if the flow of water is directed under the lower surface of the ice cover, then its speed will decrease. In this case, its kinetic energy will partially turn into potential energy of increased pressure. An increase in pressure under the top of the IGW will cause an increase in their height.

Также известно (4. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с., см. с. 136), 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 периодически с частотой резонансных ИГВ уменьшать или увеличивать давление подо льдом, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Очевидно, что для благоприятной интерференции этих волновых систем (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 [4]: It is also known (4. D.E. Kheisin. Ice cover dynamics. - L .: Gidrometeoizdat, 1967. - 218 p., see p. 136) that the periodic application of a load to the ice cover with the frequency of resonant IGWs significantly increases its deformation compared with the same intensity load, but applied stationary. This is explained by the fact that resonant IGWs arise under such impacts. Thus, if the pressure under the ice is periodically reduced or increased with the frequency of resonant IGWs, then this will lead to the excitation in the ice cover of additional to the main ones (from the forward motion of the ship) resonant IGWs. Obviously, for a favorable interference of these wave systems (a periodic increase in the height of the total IGWs), it is necessary that the time of action of the forces that excite additional IGWs be equal to half the period T of the main resonant IGWs, the value of which can be determined from the dependence [4]:

где: D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; ρ_π - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.where: D is the cylindrical stiffness of the ice plate; ρ _π - ice density; h is the thickness of the ice cover; g is the acceleration due to gravity.

В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова, что приведет к периодическому увеличению высоты возбуждаемых ИГВ и соответствующему росту изгибных напряжений в ледяном покрове.As a result, the most effective specific additional to the main IGW buildup of the ice cover will arise, which will lead to a periodic increase in the height of the excited IGWs and a corresponding increase in bending stresses in the ice cover.

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

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью [1]. Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то включают насос, расположенный внутри судна в водопроточном канале. Водозаборную часть канала выполняют в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы возникающих ИГВ. Выход канала располагают в кормовой оконечности судна, обеспечивая направление выходящего из него потока воды под максимальную вершину ИГВ. Включение насоса обеспечит отсос воды в водозаборной части, что вызовет уменьшение давления в месте расположения подошвы ИГВ и увеличение давления в месте расположения ее вершины, что увеличит высоту ИГВ. Если этого окажется не достаточно для разрушения льда, то включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода. В результате возникнут дополнительные резонансные ИГВ. Их наложение на основные приведет к дополнительному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.Under the ice cover, an underwater vessel begins to move at a resonant speed [1]. If the height of the excited IGWs is insufficient to destroy the ice, then the pump located inside the vessel in the water flow channel is turned on. The water intake part of the channel is made in the upper part of the ship's plating at the location of the sole of the emerging IGV. The outlet of the channel is located at the aft end of the vessel, ensuring the direction of the water flow emerging from it under the maximum top of the IGW. Turning on the pump will ensure the suction of water in the intake part, which will cause a decrease in pressure at the location of the sole of the IGV and an increase in pressure at the location of its top, which will increase the height of the IGV. If this is not enough to destroy the ice, then the pump is switched on and off periodically with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half their period. As a result, additional resonant IGWs will appear. Their imposition on the main ones will lead to an additional periodic increase in the height of the total IGV, which will allow the claimed technical result to be achieved.

Изобретение поясняется графически.The invention is illustrated graphically.

Под ледяным покровом 1 начинает движение подводное судно 2 с резонансной скоростью V_р. Если высота возбуждаемых ИГВ h₁ окажется недостаточной для разрушения льда, то насос 3, расположенный внутри судна в водопроточном канале 4, включают и выключают периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода. Отсос забортной воды внутрь судна увеличит скорость обтекания верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, т.е. понизит давление в области 5, а направление потока под вершину ИГВ повысит давление в области 6. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ амплитудой h_3, что вызовет периодическое увеличение суммарной высоты ИГВ до значения h₂, т.е. повысит ледоразрушающую способность судна.Under the ice cover 1 begins to move underwater vessel 2 with a resonant speed V _p . If the height of the excited IGV h ₁ is insufficient to destroy the ice, then the pump 3, located inside the vessel in the water flow channel 4, is switched on and off periodically with the frequency of the resonant IGV for a time equal to half their period. Outboard water suction inside the ship will increase the flow velocity around the upper part of the ship's hull at the location of the IGV sole, i.e. will lower the pressure in area 5, and the direction of flow under the top of the IGW will increase the pressure in area 6. This will lead to the excitation of additional resonant IGWs with amplitude _h3, which will cause a periodic increase in the total height of the IGW to the value _h2 , i.e. increase the ice breaking capacity of the vessel.

Claims (1)

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, во время его движения осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в его водопроточном канале, при этом водозаборную часть канала располагают на верхней поверхности носовой оконечности судна в месте расположения подошвы изгибно-гравитационной волны, а выход канала - в кормовой оконечности, включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн на время, равное половине их периода, отличающийся тем, что поток воды, выходящий из канала, направляют под максимальную вершину изгибно-гравитационных волн. A method for destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of bending-gravity waves when the vessel moves under the ice at a resonant speed; the upper surface of the fore end of the vessel at the location of the sole of the flexural-gravity wave, and the channel outlet is at the aft end, the pump is turned on and off periodically at a frequency of resonant flexural-gravity waves for a time equal to half their period, characterized in that the water flow, exiting the channel is directed under the maximum peak of flexural-gravity waves.

Images