RU2194121C2

RU2194121C2 - Method of breaking ice cover

Info

Publication number: RU2194121C2
Application number: RU2001104185A
Authority: RU
Inventors: В.М. Козин
Original assignee: Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-12-10

Abstract

FIELD: navigation under ice conditions. SUBSTANCE: submarine ship 2 is set in motion under ice 1 at safe depth and resonance speed exciting flexural gravitational waves 3; during motion, ship 2 is given poorly streamlined shape by forming hydrodynamic eddies in her aft extremity. Centers 8 of eddies 7 are located above areas of separation of boundary layer 9 of liquid flowing around ship's hull. In the course of accomplishing this method, initial lines of current 10 deviate to direction 11. As a result, height of flexural gravitational waves 3 increases to height of flexural gravitational waves 12. EFFECT: enhanced efficiency of ice breaking. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, 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) определенной высоты, возбуждаемыми подводным судном (1. В.М. Козин, А.В. Онищук. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. - ПМТФ, Новосибирск, ВО "Наука", 1994, 2, 78-81). The prior art is known from the method of ice cover destruction by resonant flexural-gravitational waves (IGW) of a certain height excited by an underwater vessel (1. V.M. Kozin, A.V. Onishchuk. Model studies of wave formation in a continuous ice cover from the movement of an underwater vessel. - PMTF, Novosibirsk, VO "Nauka", 1994, 2, 78-81).

Известный способ осуществляется следующим образом. Судно всплывает на безопасную глубину и движется подо льдом с резонансной скоростью v_p, т.е. со скоростью, при которой высота возбуждаемых ИГВ максимальна.The known method is as follows. The vessel floats to a safe depth and moves under the ice with a resonant speed v _p , i.e. at the speed at which the height of the excited IGV is maximum.

Недостатком способа является ограниченность высоты ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности, которая при резонансной скорости судна определяется заглублением и водоизмещением последнего [1]. The disadvantage of this method is the limited height of the IHV, i.e. their ice-breaking capacity, which at the resonant speed of the vessel is determined by the depth and displacement of the latter [1].

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности разрушения ледяного покрова. The task of the invention is to increase the effectiveness of the destruction of the ice cover.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в увеличении высоты ИГВ при не меняющихся резонансной скорости и величины заглубления судна. The technical result achieved in the process of solving the problem is to increase the height of the IHV at a constant resonant speed and depth of the ship.

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

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду ИГВ при движении судна подо льдом с резонансной скоростью. Restrictive: the ice cover is destroyed by an underwater vessel by excitation of IGW in ice when the vessel moves under ice at a resonant speed.

Отличительные: судну придают плохообтекаемую форму путем формирования в кормовой оконечности гидродинамических вихрей, причем центры вихрей располагают над областями отрыва пограничного слоя жидкости, обтекающей корпус судна. Distinctive: the vessel is given a streamlined shape by forming hydrodynamic vortices in the aft end, and the centers of the vortices are located above the separation regions of the boundary layer of fluid flowing around the hull of the vessel.

Известно (2. А.А. Лукашевич, А.Д. Перник, Г.А. Фирсов. Теория корабля. Судпромгиз. 1950. - 446с.), что волновое сопротивление, т.е. волнообразование, возникает благодаря сопротивлению давления, которое равно разнице сил давления, возникающих в носовой и кормовой оконечностях судна. Таким образом, если в кормовой оконечности понизить давление, то интенсивность волнообразования возрастет, т.к. увеличится сопротивление давления (его еще принято рассматривать как сумму сопротивления формы и волнового сопротивления [2] ). Понизить давление в корме, т.е. увеличить сопротивление формы и, соответственно, сопротивление давления, можно за счет ухудшения обтекаемости кормовой оконечности. Для этого в корме достаточно сформировать гидродинамические вихри. В результате произойдет оттеснение от корпуса пограничного слоя и соответствующее смещение его точек отрыва (см. 3. Л.Г. Лойцянский. Механика жидкости и газа. М.: Наука. - 1978. - 736с.). В свою очередь это вызовет увеличение ширины (диаметра) попутного потока. Таким образом, обтекаемость формы судна ухудшится. В корме произойдет понижение давления, а сопротивление давления возрастет. Очевидно [3], что для более эффективного оттеснения пограничного слоя центры вихрей целесообразно располагать в наиболее вероятных точках отрыва пограничного слоя. В этом случае наличие вихрей будет облегчать процесс отрыва погранслоя (погранслой отрывается в местах резкого сужения кормовых обводов, т.е. в местах, где происходит резкое возрастание давления [3]), т.к. вихри будут дополнительно подтормаживать движение жидкости в погранслое. Их расположение в точках отрыва обеспечит оттеснение погранслоя на большее расстояние от корпуса при прочих равных условиях (если центры вихрей расположить носовее или кормовее, то ширина попутного потока уменьшится). Это следует также из очевидного обстоятельства: для уже оторванных частиц погранслоя потребуется меньшая энергия: для дальнейшего их оттеснения на большие расстояния, а смещение вихрей дальше в корму, т.е. в сторону сужения кормы, приведет к уменьшению ширины попутного потока по сравнению с их расположением в более широкой части корпуса. It is known (2. A.A. Lukashevich, A.D. Pernik, G.A. Firsov. Theory of the ship. Sudpromgiz. 1950. - 446 p.) That the wave resistance, i.e. wave formation occurs due to pressure resistance, which is equal to the difference in pressure forces arising in the fore and aft ends of the vessel. Thus, if the pressure is reduced in the aft end, the wave formation intensity will increase, since the pressure resistance will increase (it is still customary to consider it as the sum of the shape resistance and wave resistance [2]). Lower feed pressure, i.e. to increase the resistance of the form and, accordingly, the pressure resistance, it is possible due to the deterioration of the streamlining of the aft end. To do this, it is enough to form hydrodynamic vortices in the feed. As a result, the boundary layer is pushed away from the body and its separation points shift accordingly (see 3. L. G. Loytsyansky. Mechanics of liquid and gas. M.: Science. - 1978. - 736 p.). In turn, this will cause an increase in the width (diameter) of the associated flow. Thus, the streamlined shape of the vessel will deteriorate. The feed will lower pressure, and the pressure resistance will increase. Obviously [3], for more effective displacement of the boundary layer, the centers of vortices should be located at the most probable points of separation of the boundary layer. In this case, the presence of vortices will facilitate the process of separation of the boundary layer (the boundary layer comes off at the places of sharp narrowing of the feed contours, that is, in places where there is a sharp increase in pressure [3]), because vortices will additionally slow down the movement of fluid in the boundary layer. Their location at the separation points will ensure the displacement of the boundary layer to a greater distance from the body, ceteris paribus (if the centers of the vortices are located farther or stern, the width of the associated flow will decrease). This also follows from an obvious circumstance: for already detached particles of the boundary layer, less energy will be required: for their further displacement over large distances, and the displacement of the vortices further into the stern, i.e. in the direction of narrowing the stern, will lead to a decrease in the width of the associated flow compared to their location in a wider part of the hull.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью [1] . Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то при помощи входных и выходных каналов и расположенных в них насосов в кормовой оконечности судна формируют гидродинамические вихри, т. е. путем включения насосов заставляют прилегающую в этом месте к корпусу судна воду совершать циркуляционное движение. При этом центры гидродинамических вихрей располагают в местах резкого сужения кормовых обводов, т.е. в наиболее вероятных местах отрыва погранслоя [3]. Это вызовет ухудшение обтекаемости кормы и, как следствие, максимальное отклонение линий тока от первоначальных направлений (до включения насосов) до линий тока при наличии возмущений в виде гидродинамических вихрей. Давление в корме упадет, что в целом вызовет рост сопротивления давления, высоты ИГВ и, соответственно, повышение эффективности разрушения ледового покрова. Under the ice cover, a submarine begins to move at a resonant speed [1]. If the height of the excited IGWs is insufficient to break the ice, then using the inlet and outlet channels and the pumps located in them, hydrodynamic vortices are formed in the aft end of the vessel, i.e., by switching on the pumps, the water adjacent to the hull in this place is circulated. At the same time, the centers of hydrodynamic vortices are located in places of sharp narrowing of the feed contours, i.e. in the most probable places of separation of the boundary layer [3]. This will cause deterioration of the feed streamline and, as a result, the maximum deviation of the streamlines from the original directions (before turning on the pumps) to the streamlines in the presence of disturbances in the form of hydrodynamic vortices. The pressure in the stern will drop, which as a whole will cause an increase in pressure resistance, the height of the IHV and, accordingly, an increase in the efficiency of ice cover destruction.

Схема реализации изобретения поясняется чертежом. The implementation scheme of the invention is illustrated in the drawing.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то при помощи входных 4 и выходных 5 каналов и включением расположенных в них насосов 6 формируют гидродинамические вихри 7. При этом их центры 8 располагают над областями отрыва погранслоя 9. Это вызовет отклонение первоначальных линий тока 10 до направления 11. В результате высота ИГВ 3, возрастет до высоты ИГВ 12, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова 1. Under the ice cover 1 begin to move the submarine 2 with a resonant speed. If the height of the excited IGW 3 is insufficient to break the ice 1, then using the inlet 4 and outlet 5 channels and the inclusion of the pumps 6 located in them, hydrodynamic vortices 7 are formed. Moreover, their centers 8 are located above the separation regions of the boundary layer 9. This will cause deviation of the initial lines current 10 to direction 11. As a result, the height of the IGV 3 will increase to the height of the IGV 12, which will increase the efficiency of the destruction of the ice cover 1.

Claims

A method of destroying ice cover by an underwater vessel, which involves the excitation of flexural-gravitational waves in ice when the vessel moves under ice at a resonant speed, characterized in that during movement the vessel is given a streamlined shape by forming hydrodynamic vortices in the aft end, and the centers of the vortices are located above the regions separation of the boundary layer of fluid flowing around the hull.