Результат интеллектуальной деятельности: Способ разрушения ледяного покрова

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).

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 с одновременным отсосом забортной воды внутрь судна с помощью водопроточного канала (2. RU 2775045 - принят за прототип). Его водозаборная часть располагается в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала - в кормовой оконечности судна. Отсос забортной воды внутрь судна осуществляется за счет сил засасывания, возникающих в кормовой оконечности судна от работы гребного винта. Водопроточный канал перекрывают и открывают периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода.

Недостатком решения является ограниченность его ледоразрушающей способности.

Задачей изобретения является увеличение высоты возбуждаемых судном ИГВ.

Технический результат заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду ИГВ при его движении подо льдом с резонансной скоростью с одновременным отсосом забортной воды внутрь судна с помощью водопроточного канала, водозаборная часть которого располагается в верхней части судовой обшивки, в месте расположения подошвы ИГВ, т.е. в носовой оконечности судна, а выход канала - в кормовой, отсос забортной воды внутрь судна осуществляется за счет сил засасывания, возникающих в кормовой оконечности судна от работы гребного винта, при этом водопроточный канал перекрывают и открывают задвижкой периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода.

Отличительные: задвижку для периодического перекрывания и открывания водопроточного канала устанавливают между предусмотренным за водозаборной частью канала дополнительным выходом из него и выходом канала в кормовой оконечности судна, при этом дополнительный выход располагают в месте расположения вершины ИГВ и обеспечивают ему способность одновременно закрываться при открытии задвижки и одновременно открываться при ее закрытии.

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. Если ее расположить под подошвой ИГВ, то в соответствии с 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.

Известно (4. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение. - 1982. - 424 с.), что при резком торможении потока жидкости в нем возникнет скачкообразное повышение давления, т.е. гидроудар. Если его энергию направить в необходимую область, а именно, под вершину ИГВ, то можно увеличить их высоту, т.е. ледоразрушающую способность.

Также известно (5. 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 давление под подошвой ИГВ и увеличивать его под их вершиной, 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 [5]:

,

где: D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; ρ_л - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом 1 начинает движение подводное судно 2 с резонансной скоростью V_p. Если высота возбуждаемых ИГВ h₁ окажется недостаточной для разрушения льда, то открывают водопроточный канал 3, расположенный внутри судна 2 с помощью задвижки 4. Водозаборная часть 5 канала располагается в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ 6, а его выход 7 - в кормовой части судна. Задвижку 4 для периодического перекрывания и открывания водопроточного канала 3 устанавливают между предусмотренным за водозаборной частью канала 5 дополнительным выходом 8 из него и выходом 7 канала в кормовой оконечности судна, при этом дополнительный выход 8 располагают в месте расположения вершины ИГВ 9 и обеспечивают ему способность одновременно закрываться с помощью экрана 10 при открытии задвижки 4 и одновременно открываться при ее закрытии. Работающий гребной винт 11 понизит давление в корме судна, что приведет к отсосу воды через канал 3, что увеличит скорость обтекания верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ 6. Если это не вызовет разрушения льда, то при помощи задвижки 4 водопроточный канал 3 перекрывают и открывают периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ высотой h₃, что вызовет периодическое увеличение суммарной высоты ИГВ до значений h₂, т.е. повысит ледоразрушающую способность судна.