RU2188900C1

RU2188900C1 - Method of breaking ice cover

Info

Publication number: RU2188900C1
Application number: RU2001104263A
Authority: RU
Inventors: В.М. Козин; В.И. Одиноков
Original assignee: Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-09-10

Abstract

FIELD: ice-breaking jobs. SUBSTANCE: submarine vessel 2 is set in motion under ice 1 at safe depth and resonance speed exciting flexural gravitational waves 3; during motion of vessel 2, hydraulic impacts are additionally created in fore and aft extremities: by braking the vessel through reverse of propeller 5 for example in aft extremity; in fore extremity, liquid 7 streams to piston 11 simultaneously with braking in main ballast tank 8 due to its partial filling and presence of air cavity 9. having compressed air 9 and having impinged against piston 11, liquid sets in motion plate 13 through rod 12, thus building-up increased pressure in fore extremity of vessel 2. EFFECT: enhanced efficiency of ice breaking. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным суднам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду. The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines sailing in ice conditions and destroying the ice cover in a resonant way when surfacing in solid ice.

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми подводным судном (Козин В.М., Онищук А.В. Способ разрушения ледяного покрова. Патент RU 2144481 от 16.03.1999), в котором для повышения эффективности разрушения льда предлагается использовать гидроудар, создаваемый посредством резкого торможения подводного судна. The prior art is known from the method of ice cover destruction by resonant flexural-gravitational waves (IGW) excited by an underwater vessel (Kozin V.M., Onishchuk A.V. Method of ice cover destruction. Patent RU 2144481 of 03.16.1999), in which to increase It is proposed to use water hammer created by sharp braking of the submarine’s ice destruction efficiency.

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 the IVG.

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

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

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ при его движении подо льдом с резонансной скоростью с дополнительно создаваемым гидроударом в кормовой оконечности посредством торможения судна. Restrictive: the ice cover is destroyed by an underwater vessel by excitation of resonant IGW in ice when it moves under the ice at a resonant speed with an additional water hammer in the aft end by braking the vessel.

Отличительные: гидроудар создают одновременно как в кормовой, так и в носовой оконечностях судна. Distinctive: a water hammer is created simultaneously in the stern and in the bow of the vessel.

Известно (Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение. - 1982. - 424 с.), что при резком торможении движущегося сосуда, частично заполненного жидкостью так, что жидкость имеет возможность в нем перемещаться в направлении его движения, на передней стенке сосуда возникнет скачкообразное повышение давления, т.е. произойдет гидроудар. Используя это явление, можно энергию этого удара направить в необходимую область, а именно в область повышенного давления, возникающую в носовой оконечности судна и являющуюся источником возникновения ИГВ. Таким образом, используя гидроудар в носовой оконечности судна, можно увеличить амплитуду ИГВ, что увеличит их ледоразрушающую способность, т.е. эффективность разрушения льда. It is known (Bashta T.M. et al. Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives. M.: Mashinostroenie. - 1982. - 424 p.) That with sudden braking of a moving vessel, partially filled with liquid so that the liquid can move in it direction of its movement, an abrupt increase in pressure will occur on the front wall of the vessel, i.e. water hammer will occur. Using this phenomenon, it is possible to direct the energy of this shock to the necessary area, namely to the area of high pressure that occurs in the bow of the vessel and is the source of the occurrence of IGV. Thus, using water hammer in the bow of the vessel, it is possible to increase the amplitude of the IHV, which will increase their ice-breaking ability, i.e. ice breaking efficiency.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью v_p для возбуждения резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судно, например, за счет реверса гребных винтов резко останавливают. Попутный поток, сформировавшийся за судном при его поступательном движении, продолжая по инерции свое движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к скачкообразному увеличению давления (гидроудару) в районе кормы судна. Вследствие несжимаемости воды это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность ледяного покрова, что вызовет увеличение деформации льда. Одновременно с этим создают гидроудар и в носовой оконечности судна. Для этого на судне предусматривают цистерну главного балласта, например, в виде цилиндрической емкости, частично заполненной забортной водой. Частичное заполнение обеспечивает балласту возможность перемещаться в цистерне при торможении судна. В свою очередь эта возможность при соответствующем частичном заполнении приведет к гидроудару по передней стенке цистерны. Для направления энергии этого удара в область повышенного давления в носовой оконечности судна в верхней части судовой обшивки носа устанавливают пластину, способную перемещаться в направлении к ледяному покрову, т. е. вертикально. При этом в качестве элемента, передающего энергию гидроудара пластине, используют, например, цилиндр и поршень со штоком. Цилиндр заполняют воздухом. Наличие в цилиндре более сжимаемой по сравнению с водой среды (воздуха) при торможении судна приведет к тому, что вода в балластной цистерне устремится к поршню, а затем, ударившись об него, резко затормозится. Таким образом произойдет гидроудар воды по поршню. Поршень через шток приведет в движение пластину, которая в свою очередь вызовет вертикальное перемещение прилегающих масс воды. В результате в носовой оконечности судна к существующей области повышенного давления от поступательного движения судна добавится давление от гидроудара в цистерне. Это приведет к дополнительному увеличению деформаций льда. В итоге результирующая амплитуда ИГВ, а следовательно, и их ледоразрушающая способность возрастут.Under the ice cover at a given depth, a submarine begins to move at a speed of v _p to excite resonant IGWs. If the amplitude of these waves is insufficient to destroy the ice cover, then the vessel, for example, is sharply stopped due to the reverse of the propellers. A passing stream, formed behind the vessel during its forward movement, continuing its movement by inertia, will meet an obstacle in the way in the form of a stopped vessel. This will lead to an abrupt increase in pressure (water hammer) in the stern of the vessel. Due to the incompressibility of the water, this pressure is instantly transmitted to the lower surface of the ice sheet, which will cause an increase in ice deformation. At the same time, they create a water hammer in the bow of the vessel. For this, a main ballast tank is provided on the vessel, for example, in the form of a cylindrical container partially filled with sea water. Partial filling allows the ballast to move in the tank when the ship is braking. In turn, this possibility, with appropriate partial filling, will lead to water hammer on the front wall of the tank. To direct the energy of this impact to the area of high pressure in the fore end of the vessel, a plate is installed in the upper part of the ship's nose sheath that can move towards the ice cover, i.e. vertically. In this case, for example, a cylinder and a piston with a rod are used as an element transmitting the energy of a water hammer to a plate. The cylinder is filled with air. The presence in the cylinder of a medium (air) more compressible than water when braking the vessel will cause the water in the ballast tank to rush to the piston, and then, having hit it, it will brake sharply. Thus, a water hammer will occur on the piston. The piston through the rod will set in motion the plate, which in turn will cause vertical movement of adjacent masses of water. As a result, in the fore end of the vessel, pressure from water hammer in the tank will be added to the existing area of increased pressure from the translational movement of the vessel. This will lead to an additional increase in ice deformation. As a result, the resulting amplitude of the IHV, and hence their ice-breaking ability, will increase.

Изобретение поясняется графически, где на чертеже показана схема деформирования ледяного покрова от возбуждаемых ИГВ и действия гидроударов. The invention is illustrated graphically, where the drawing shows a diagram of the deformation of the ice cover from the excited IGV and the effects of water hammer.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении Н начинает движение подводное судно 2 со скоростью V_p, которое возбуждает систему резонансных ИГВ 3. Одновременно за судном вследствие вязкости воды образуется попутный поток 4.Under the ice cover 1 at a given depth H, the submarine 2 begins to move at a speed of V _p , which excites a system of resonant IGV 3. At the same time, a by-pass stream 4 forms behind the vessel due to the viscosity of the water.

Если амплитуда возбуждаемых волн 3 недостаточна для разрушения льда 1, то судно 2 резко останавливают (например, за счет реверса гребного винта 5). Попутный поток 4, продолжая по инерции свое поступательное движение, вызовет в районе кормы область повышенного давления 6. Одновременно с этим жидкость 7 в цистерне главного балласта 8 благодаря ее частичному заполнению, т.е. наличию воздушной полости 9 в цилиндре 10, устремится к поршню 11. Сжав воздух 9 и ударившись о поршень 11, жидкость через шток 12 приведет в движение пластину 13, что вызовет появление области повышенного давления 14 в носовой оконечности судна 2. Появление дополнительных областей повышенного давления 6 и 14 вызовет дополнительные деформации ледяного покрова 15 и в результате результирующая амплитуда ИГВ 16 возрастет. If the amplitude of the excited waves 3 is insufficient to destroy the ice 1, then the vessel 2 is stopped abruptly (for example, due to the reverse of the propeller 5). The associated flow 4, continuing its inertial motion by inertia, will cause an increased pressure region 6 in the stern area. At the same time, the liquid 7 in the tank of the main ballast 8 due to its partial filling, i.e. the presence of an air cavity 9 in the cylinder 10, will rush to the piston 11. Squeezing the air 9 and hitting the piston 11, the fluid through the rod 12 will move the plate 13, which will cause the appearance of an area of increased pressure 14 in the bow of the vessel 2. The appearance of additional areas of increased pressure 6 and 14 will cause additional deformation of the ice sheet 15 and as a result, the resulting amplitude of the IGW 16 will increase.

Claims

A method of destroying an ice sheet by an underwater vessel by exciting resonant flexural-gravitational waves in ice when it moves under the ice at a resonant speed with additionally generated water hammer in the aft end by braking the vessel, characterized in that water shock is created simultaneously in the stern and fore ends the ship.