RU2807453C1 - Method for breaking ice cover - Google Patents

Abstract

FIELD: navigation.

SUBSTANCE: navigation in ice conditions in particular underwater vessels, floating in conditions of continuous ice cover and destroying it by the resonance method. When it is implemented, while the vessel 2 is moving under the ice cover, using horizontal controls 4, a film with a large specific gravity is placed and then towed by the vessel 2. During the movement of the vessel 2, the film is periodically given a vertical position 10 from a horizontal position at the frequency of resonant flexural-gravity waves for a time equal to half of their period.

EFFECT: increased efficiency of ice cover destruction.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим под сплошным ледяным покровом 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 underwater vessels floating under a continuous ice cover and destroying it with the resonance method (1. V.M. Kozin. Resonance method of destroying 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. Во время движения судна под ледяным покровом, например, из горизонтальных рубочных рулей начинают размещать и затем буксировать подо льдом пленку с большим удельным весом (2. RU 2188898 - принят за прототип).The prior art is known from a method for destroying ice cover by an underwater vessel, which consists in exciting flexural gravity waves (GBWs) in the ice as it moves under the ice at a resonant speed. While the vessel is moving under ice cover, for example, from horizontal wheelhouse rudders they begin to place and then tow a film with a high specific gravity under the ice (2. RU 2188898 - adopted as a prototype).

Недостатком способа является ограниченность высоты возбуждаемых ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности.The disadvantage of this method is the limited height of the excited IGVs, i.e. their ice-breaking ability.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение высоты возбуждаемых ИГВ.The objective of the claimed invention is to increase the height of the excited IGVs.

Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова, т.е. в увеличении толщины разрушаемого льда.The technical result is to increase the efficiency of ice cover destruction, i.e. in increasing the thickness of the destroyed ice.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.Essential features characterizing the invention.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду ИГВ при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, во время движения судна под ледяным покровом с помощью горизонтальных рубочных рулей размещают и затем буксируют судном пленку с большим удельным весом Отличительные: пленке во время движения периодически с частотой резонансных ИГВ из горизонтального положения придают вертикальное на время, равное половине их периода.Restrictive: a method of destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of an IGV in the ice when the vessel moves under the ice at a resonant speed; while the vessel is moving under the ice cover, using horizontal rudders, a film with a large specific gravity is placed and then towed by the vessel. Distinctive: the film is in the time of movement periodically with the frequency of resonant IGVs from a horizontal position is transferred to a vertical position for a time equal to half of their period.

Известно (3. А.А. Костюков. Сопротивление воды движению судов. Л.: Судостроение. 1966. 448 с.), что при волнообразовании частицы воды движутся по замкнутым круговым орбитам, т.е. наряду с горизонтальными перемещениями совершают и вертикальные колебания. Поэтому, если на пути вертикальных перемещений частиц установить препятствие в виде горизонтальной пленки с большим удельным весом, то за счет инерционных свойств последней будет происходить гашение волновых колебаний жидкости вблизи такой пленки. Таким образом, поведение частиц воды в таких условиях будет в определенной степени аналогичным поведению частиц у дна бассейна, т.е. наличие под ледяным покровом пленки с большим удельным весом будет определенным образом уменьшать глубину воды подо льдом. В свою очередь, это увеличит высоту волн по сравнению с волнами на глубокой воде [3], т.е. когда ИГВ возбуждаются при отсутствии пленки.It is known (3. A.A. Kostyukov. Resistance of water to the movement of ships. Leningrad: Shipbuilding. 1966. 448 p.) that during wave formation, water particles move in closed circular orbits, i.e. Along with horizontal movements, they also perform vertical oscillations. Therefore, if an obstacle in the form of a horizontal film with a large specific gravity is installed in the path of vertical movements of particles, then due to the inertial properties of the latter, the wave oscillations of the liquid near such a film will be damped. Thus, the behavior of water particles under such conditions will be to a certain extent similar to the behavior of particles at the bottom of the pool, i.e. the presence of a film with a high specific gravity under the ice cover will in a certain way reduce the depth of water under the ice. In turn, this will increase the height of the waves compared to waves in deep water [3], i.e. when IGWs are excited in the absence of a film.

Так же 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 изменять (увеличивать, а затем уменьшать) волновое сопротивление, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения тела) резонансных ИГВ. Очевидно, что для их благоприятной интерференции с основными ИГВ, т.е. достижения максимального 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. Dynamics of ice cover. - L.: Gidrometeoizdat. 1967. - 218 p., see p. 136) that periodic application of load to the ice cover with the frequency of resonant IGW significantly increases it deformation compared to a load of the same intensity, but applied stationary. This is explained by the fact that under such influences resonant IGVs arise. Thus, if the wave resistance is periodically changed (increased and then decreased) with the frequency of resonant IGWs, this will lead to the excitation of additional resonant IGWs in the ice cover (from the translational movement of the body). It is obvious that for their favorable interference with the main IGVs, i.e. To achieve the maximum periodic increase in the height of the total IGWs, it is necessary that the time of action of the forces that excite additional IGWs is 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_л - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.where: D is the cylindrical stiffness of the ice plate; ρ _l - 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 увеличению изгибных напряжений в ледяном покрове.As a result, the most effective unique rocking of the ice cover, additional to the main IGW, will arise, which will lead to an increase in bending stresses in the ice cover.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скорость [1]. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то во время движения судна из его верхней части, например из горизонтальных рубочных рулей, начинают размещать и затем буксировать подо льдом пленку с большим удельным весом. При таком весе пленка станет более жесткой для динамических нагрузок. Пленке при этом придают горизонтальное положение, что позволяет своеобразным образом уменьшить глубину воды под ледяным покровом, т.е. обеспечить возбуждение ИГВ в условиях мелководья. Во время движения благодаря специальным конструктивным элементам, установленным на горизонтальных рубочных рулях, пленке периодически с частотой резонансных ИГВ придают вертикальное положение на время, равное половине их периода. Это обеспечит периодическое возбуждение ИГВ в условиях глубокой воды. Периодическое изменение глубины воды приведет к возбуждению системы дополнительных ИГВ, которая, накладываясь на основную, возникающую при движении судна с резонансной скоростью, вызовет периодическое увеличение высоты суммарных ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.Under the ice cover, the underwater vessel begins to move at a resonant speed [1]. If the height of the IGVs excited in this case turns out to be insufficient to destroy the ice, then during the movement of the vessel from its upper part, for example, from the horizontal rudders, they begin to place and then tow a film with a high specific gravity under the ice. With this weight, the film will become more rigid for dynamic loads. In this case, the film is given a horizontal position, which makes it possible to reduce the depth of water under the ice cover in a unique way, i.e. ensure the excitation of IGW in shallow water conditions. During movement, thanks to special structural elements installed on horizontal rudders, the film is periodically given a vertical position at the frequency of resonant IGWs for a time equal to half of their period. This will ensure periodic excitation of the IGW in deep water conditions. A periodic change in the water depth will lead to the excitation of a system of additional IGVs, which, superimposed on the main one, which occurs when the vessel moves at a resonant speed, will cause a periodic increase in the height of the total IGVs, which will allow achieving the stated technical result.

Изобретения поясняется графически, где показаны: на фиг. 1 - вид на судно сбоку при горизонтальном положении пленки; на фиг. 2 - вид на судно сбоку при вертикальном положении пленки.The invention is illustrated graphically, showing: FIG. 1 - side view of the ship with the film in a horizontal position; in fig. 2 - side view of the ship with the film in a vertical position.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью V_p. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то из горизонтальных рубочных рулей 4 размещают и буксируют подо льдом 1 пленку 5 в горизонтальном положении (фиг. 1, вид А). Если и это не вызовет разрушения льда, то во время движения благодаря специальным конструктивным элементам, установленным на горизонтальных рубочных рулях 4 (на чертеже не показаны), пленке периодически с частотой резонансных ИГВ придают вертикальное положение, например, путем ее складывания по ширине вдвое, т.е. поворачивания на 90° против часовой стрелки ее правой части из положения 6 в положение 7 и левой части - по часовой стрелке из положения 8 в положение 9 (фиг. 2, сечение В - В, где стрелками указаны направления поворотов). Это обеспечит придание ее правой и левой частям, а значит, и всей поверхности пленки вертикального положения 10 (фиг. 2). Периодическое изменение ее положения приведет к возбуждению системы дополнительных ИГВ 11, которая, накладываясь на основную ИГВ 3, вызовет периодическое увеличение суммарной высоты волн до ИГВ 12 (фиг. 1).Under the ice cover 1, the underwater vessel 2 begins to move with a resonant speed V _p . If the height of the IGV 3 excited in this case turns out to be insufficient to destroy the ice 1, then from the horizontal rudders 4 a film 5 is placed and towed under the ice 1 in a horizontal position (Fig. 1, view A). If this does not cause ice destruction, then during movement, thanks to special structural elements installed on horizontal wheelhouse rudders 4 (not shown in the drawing), the film is periodically given a vertical position at the frequency of resonant IGVs, for example, by folding it in half in width, t .e. turning 90° counterclockwise its right part from position 6 to position 7 and its left part - clockwise from position 8 to position 9 (Fig. 2, section B - B, where the arrows indicate the directions of rotation). This will ensure that its right and left parts, and therefore the entire surface of the film, are given a vertical position 10 (Fig. 2). A periodic change in its position will lead to the excitation of a system of additional IGV 11, which, superimposed on the main IGV 3, will cause a periodic increase in the total wave height to IGV 12 (Fig. 1).

Claims (1)

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, во время движения судна под ледяным покровом с помощью горизонтальных рубочных рулей размещают и затем буксируют судном пленку с большим удельным весом, отличающийся тем, что пленке во время движения периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн из горизонтального положения придают вертикальное на время, равное половине их периода.A method for destroying an ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of flexural-gravity waves in the ice when the vessel moves under the ice at a resonant speed; while the vessel is moving under the ice cover, using horizontal rudders, a film with a high specific gravity is placed and then towed by the vessel, characterized in that that the film, while moving periodically with the frequency of resonant flexural-gravity waves from a horizontal position, is given a vertical position for a time equal to half of their period.

Images