RU2154000C1

RU2154000C1 - Method of breaking ice cover

Info

Publication number: RU2154000C1
Application number: RU99110286A
Authority: RU
Inventors: В.М. Козин
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-08-10

Abstract

FIELD: shipbuilding. SUBSTANCE: submersible vessel performs translational motion and simultaneously oscillation rotation around vertical axis at frequency equal to frequency of resonance flexible gravitational waves. EFFECT: enhanced efficiency of breaking ice cover. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада. - Владивосток, ИАПУ ДВО РАН, 1993 г., 44 с). The invention relates to the field of shipbuilding, in particular, to submarines destroying the ice cover by resonant flexural-gravitational waves (1. Kozin V.M. Resonance method of ice cover destruction. Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences in the form of a scientific report. - Vladivostok , IAPA FEB RAS, 1993, 44 s).

Известно техническое решение (2. Козин В.М., Онищук А.В. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна ПМТФ, Новосибирск: Наука, 1994. N2. С.78-81), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения во льду изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью V_p, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых изгибно-гравитационных волн (ИГВ) максимальна.A technical solution is known (2. Kozin VM, Onishchuk AV Model studies of wave formation in a continuous ice cover from the movement of a submarine PMTF, Novosibirsk: Nauka, 1994. N2. S.78-81), in which it is proposed to destroy ice cover by an underwater vessel by excitation of flexural-gravitational waves in ice during its movement with a resonant speed V _p , i.e. at a speed at which the amplitude of the excited flexural-gravitational waves (IGW) is maximum.

Недостатком метода является невозможность увеличения амплитуды ИГВ, т.е. его ограниченная ледоразрушающая способность, при заданных параметрах судна и условиях плавания в ледовой обстановке. The disadvantage of this method is the impossibility of increasing the amplitude of the IHV, i.e. its limited ice-breaking ability, given the parameters of the vessel and sailing conditions in ice conditions.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды ИГВ. The essence of the invention lies in the development of a method of increasing the amplitude of IVG.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном резонансным способом. The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of ice destruction by an underwater vessel in a resonant manner.

Существенные признаки, характеризующие изобретение. The essential features characterizing the invention.

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду ИГВ при его поступательном движении с резонансной скоростью. Restrictive: the ice cover is destroyed by an underwater vessel by excitation of IGW in ice during its translational motion with a resonant speed.

Отличительные: одновременно с поступательным движением судна совершает рыскание, т. е. колебательные вращения вокруг вертикальной оси с частотой, равной частоте резонансных ИГВ. Distinctive: simultaneously with the translational movement of the vessel it performs yawing, i.e., oscillatory rotation around the vertical axis with a frequency equal to the frequency of resonant IGWs.

Известно (3. Лукашевич А.А., Перник А.Д., Фирсов Г.А. Теория корабля. Судпромгиз. 1950. 447 с. ), что при отклонении корабля от прямого курса (поворот вокруг вертикальной оси) нарушается симметрия обтекания его корпуса. В результате этого происходит перераспределение гидродинамических давлений, действующих на судовую поверхность. Косое обтекание корпуса приводит к увеличению давления по борту, встречающему набегающий поток. На противоположном борту образуется зона с пониженным давлением. Поскольку движение подводного судна аналогично движению надводного корабля, то в результате поворота подводного судна вокруг вертикальной оси по его бортам также возникнут перепады давлений. Подобные перепады давлений, производимые с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн [1], будут возбуждать дополнительную систему нестационарных резонансных ИГВ. Поскольку для возбуждения дополнительной системы ИГВ судно совершает вращательное движение, т. е. суммарный вектор скорости судна в этом случае по направлению не будет совпадать с вектором скорости чисто поступательного движения, то и фронт дополнительных ИГВ будет ориентирован под углом к фронту основной системы ИГВ. Т. о. неизбежно пересечение этих фронтов и соответствующее наложение друг на друга вершин и впадин этих волновых систем. В результате будут возникать нестационарные трехмерные волны в виде отдельных холмов и впадин, кривизна волнового профиля и амплитуда которых будет больше соответствующих параметров ИГВ при поступательном движении судна. Благодаря этому ледоразрушающая способность ИГВ, возбуждаемых подобным маневрированием судна, возрастет. При этом характер разрушения будет носить локальный характер, т.е. лед будет разрушаться на вершинах и впадинах суммарных ИГВ. It is known (3. Lukashevich AA, Pernik AD, Firsov GA Theory of the ship. Sudpromgiz. 1950. 447 pp.) That when the ship deviates from the direct course (rotation around the vertical axis), the symmetry of its flow is broken corps. As a result of this, the redistribution of hydrodynamic pressures acting on the ship surface occurs. The oblique flow around the hull leads to an increase in pressure along the board, which meets the incoming flow. A low pressure zone forms on the opposite side. Since the movement of the submarine is similar to the movement of the surface ship, as a result of the rotation of the submarine around the vertical axis along its sides, pressure differences will also occur. Such pressure drops produced with a frequency equal to the frequency of resonant bending-gravitational waves [1] will excite an additional system of non-stationary resonant IGWs. Since the vessel makes a rotational motion to excite the additional IGV system, i.e., the total velocity vector of the vessel in this case will not coincide in direction with the velocity vector of purely translational motion, the front of additional IGVs will be oriented at an angle to the front of the main IGV system. T. about. inevitably, the intersection of these fronts and the corresponding overlapping of the peaks and troughs of these wave systems. As a result, unsteady three-dimensional waves will appear in the form of separate hills and hollows, the curvature of the wave profile and the amplitude of which will be greater than the corresponding parameters of the IGW during the forward movement of the vessel. Due to this, the ice-breaking ability of IGVs excited by such a maneuvering of a ship will increase. In this case, the nature of the destruction will be local, i.e. ice will be destroyed at the peaks and troughs of the total IGV.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью V_p. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то наряду с поступательным движением судно за счет соответствующей перекладки вертикальных рулей начинает совершать рыскание, т.е. колебательные вращения вокруг вертикальной оси, с частотой, равной частоте резонансных ИГВ. В результате в ледяном покрове будет возбуждаться система дополнительных нестационарных резонансных ИГВ, фронт которых будет ориентирован под некоторым углом к фронту основных ИГВ. Наложение этих волн на основные ИГВ, возбуждаемые от поступательного движения судна, приведет к образованию нестационарных трехмерных волн в виде отдельных холмов и впадин. Амплитуда и кривизна волнового профиля этих волн будут больше соответствующих параметров ИГВ от поступательного движения судна. В результате ледоразрушающая способность судна возрастет.Under the ice cover at a given depth, a submarine begins to move at a speed of V _p . If the amplitude of the excited IGW turns out to be insufficient to destroy the ice cover, then along with the translational motion, the vessel starts yawing due to the corresponding shift of the vertical rudders, i.e. vibrational rotations around a vertical axis, with a frequency equal to the frequency of resonant IGVs. As a result, a system of additional non-stationary resonant IGWs will be excited in the ice sheet, whose front will be oriented at a certain angle to the front of the main IGWs. The superposition of these waves on the main IGW, excited from the translational motion of the vessel, will lead to the formation of unsteady three-dimensional waves in the form of separate hills and depressions. The amplitude and curvature of the wave profile of these waves will be greater than the corresponding parameters of the IGV from the translational motion of the vessel. As a result, the ice breaking capacity of the ship will increase.

Поскольку характер разрушения ледяного покрова будет носить локальный характер, т. е. лед будет разрушаться на вершинах и впадинах суммарных ИГВ, то судну для полного разрушения льда следует совершить дополнительный маневр. После прохода судна подо льдом и частичного разрушения льда на участке достаточной протяженности судно совершает циркуляцию, т. е. разворот, и возвращается в место начала маневрирования. Затем повторно начинает движение подо льдом на заданном заглублении с резонансной скоростью. Повторный проход под ослабленными локальными разрушениями ледяным покровом завершит фазу его полного разрушения. Since the nature of the destruction of the ice cover will be local in nature, that is, the ice will be destroyed at the tops and troughs of the total IHV, an additional maneuver should be made for the vessel to completely destroy the ice. After the passage of the vessel under the ice and partial destruction of the ice in an area of sufficient length, the vessel circulates, i.e., turns, and returns to the place where the maneuver began. Then it re-starts movement under the ice at a given depth with a resonant speed. Repeated passage under weakened local destructions with an ice cover will complete the phase of its complete destruction.

Заявляемое решение поясняется графически, где на фиг. 1 показаны профили основных дополнительных и суммарных ИГВ; на фиг. 2 - вид сверху на волновые системы ИГВ; на фиг. 3 - схема маневрирования подводного судна при повторном проходе под ледяным покровом. The claimed solution is illustrated graphically, where in FIG. 1 shows the profiles of the main additional and total IGV; in FIG. 2 is a top view of the wave systems of the IGV; in FIG. 3 is a diagram of the maneuvering of a submarine during repeated passage under ice cover.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинает движение с резонансной скоростью V_p подводное судно 2, которое возбуждает основные резонансные ИГВ-3 (см. фиг.1). Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова 1, то судно начинает совершать рыскание, т. е. колебательные вращения вокруг вертикальной оси OZ, с частотой ω_z, равной частоте резонансных ИГВ, и амплитудой α. В результате в ледяном покрове 1 будет возбуждаться система дополнительных резонансных ИГВ-4. Наложение ИГВ-4 на ИГВ-3 приведет к образованию нестационарных ИГВ-5.Under the ice cover 1 at a given depth H begins to move with a resonant speed V _p submarine 2, which excites the main resonant IGV-3 (see figure 1). If the amplitude of these waves is insufficient to destroy the ice cover 1, then the vessel begins to yaw, i.e., oscillatory rotation around the vertical axis OZ, with a frequency ω _z equal to the frequency of resonant IHV, and amplitude α. As a result, an additional resonant IGV-4 system will be excited in the ice sheet 1. The application of IGV-4 to IGV-3 will lead to the formation of unsteady IGV-5.

Поскольку вектор скорости при поступательном движении

не будет совпадать с вектором скорости

при одновременно поступательном и вращательном движении судна (см.фиг. 2), то фронт ИГВ-4 будет ориентирован под углом α к фронту ИГВ-3. В результате пересечения этих фронтов в нестационарной системе ИГВ-5 будут образовываться трехмерные волны в виде отдельных холмов и впадин (см. фиг. 2), амплитуда и кривизна волнового профиля которых будут больше соответствующих параметров ИГВ-3. На холмах и впадинах начнется локальное разрушение льда, т.е. во льду будут образовываться ограниченные по размерам области разрушения 6.Since the velocity vector during translational motion

will not match the velocity vector

with simultaneous translational and rotational motion of the vessel (see Fig. 2), the front of the IGV-4 will be oriented at an angle α to the front of the IGV-3. As a result of the intersection of these fronts, the three-dimensional waves will form in the form of separate hills and depressions in the non-stationary IGV-5 system (see Fig. 2), the amplitude and curvature of the wave profile of which will be greater than the corresponding parameters of the IGV-3. On the hills and hollows, local ice breakdown will begin, i.e. limited in size fracture regions will form in ice 6.

После этого судно совершает циркуляцию по кривой 7 (см.фиг. 3) и возвращается в место начала маневрирования 8. Затем производят повторный проход судна с резонансной скоростью V_p под ледяным покровом 1, ослабленном локальными разрушениями 6. Такой маневр завершает полное разрушение ледяного покрова.After that, the vessel circulates along curve 7 (see Fig. 3) and returns to the place where the maneuvering began 8. Then a repeated passage of the vessel with a resonance speed V _p under the ice cover 1, weakened by local damage 6. This maneuver completes the complete destruction of the ice cover .

Claims

A method of destroying an ice sheet by an underwater vessel by exciting resonant bending-gravitational waves in ice during its translational motion with a resonant speed, characterized in that, simultaneously with the translational motion, the vessel performs yawing, that is, oscillatory rotations about a vertical axis, with a frequency equal to the resonant bending frequency - gravitational waves.