RU2224683C1

RU2224683C1 - Method of breaking ice cover

Info

Publication number: RU2224683C1
Application number: RU2003113305/11A
Authority: RU
Inventors: В.М. Козин
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2003-05-05
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2004-02-27

Abstract

FIELD: shipbuilding; submarine vessels running under ice and breaking ice cover by resonance method at surfacing in solid ice. SUBSTANCE: proposed method includes excitation of flexural gravitational waves during motion under ice at resonance speed. During motion of ship, surfactants are blown into surface layer from shipTs hull through upper surface. EFFECT: enhanced efficiency of breaking ice cover. 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. Изд-во ВО "Наука". 1994. - 2, с.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" . - ПМТФ, Novosibirsk. Publishing House of Higher Education "Science". 1994. - 2, p. 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 увеличение высоты ИГВ при не меняющихся резонансной скорости и величине заглубления судна. The task of the invention is to increase the height of the IHV at a constant resonant speed and depth of the ship.

Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова. The technical result is to increase the efficiency of the destruction of the ice cover.

Существенные признаки, характеризующие изобретение. 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: во время движения из корпуса судна через его верхнюю поверхность в пограничный слой судна вдувают поверхностно-активные вещества. Distinctive: while moving from the hull of the vessel through its upper surface, surfactants are blown into the boundary layer of the vessel.

Известно [1], что зарождение системы ИГВ происходит непосредственно над его источником (подводным судном). Поэтому вносимые в поток возмущения в области генерации ИГВ окажут прямое воздействие на процесс их развития. Поскольку первая впадина прогрессивных ИГВ формируется над корпусом судна [1] (в новой оконечности) в определенном месте, то появляется возможность воздействовать на реакцию упругого основания (воды) от деформирования ледяного покрова в пределах длины судна. Очевидно, что воздействие должно быть направлено на уменьшение силы поддержания воды в районе впадины ИГВ, т.к. понижение давления в этом месте вызовет увеличение глубины впадины и соответствующий рост изгибных напряжений в ледяной пластине. В свою очередь это повысит эффективность разрушения льда подводным судном. It is known [1] that the IGV system originates directly above its source (submarine vessel). Therefore, disturbances introduced into the flow in the field of generation of IGW will have a direct impact on the process of their development. Since the first depression of progressive IGV is formed above the hull of the vessel [1] (at the new tip) in a certain place, it becomes possible to influence the reaction of the elastic base (water) from deformation of the ice cover within the vessel's length. Obviously, the impact should be aimed at reducing the strength of maintaining water in the region of the basin of the IHV, since a decrease in pressure at this point will cause an increase in the depth of the depression and a corresponding increase in bending stresses in the ice plate. In turn, this will increase the efficiency of ice destruction by an underwater vessel.

Также известно (2. Я.И.Войткунский. Сопротивление движению судов. Л: Судостроение. 1988-287 с.), что вдувание в пограничный слой поверхностно-активных веществ (ПАВ) значительно снижает сопротивление трения при турбулентном течении вследствие их способности снижать поверхностное и межфазовое натяжение у поверхностей раздела жидкости и образовывать в растворе объединения молекул-мицелл, которые ламинаризируют течение в пограничном слое. Снижение сопротивления трения приводит к увеличению полноты эпюры скоростей пограничного слоя, т.е. к увеличению средней скорости обтекания участка тела, где вдувают ПАВ. It is also known (2. Ya. I. Voytkunsky. Resistance to ship traffic. L: Shipbuilding. 1988-287 p.) That the injection of surface-active substances (SAS) into the boundary layer significantly reduces the friction resistance during turbulent flow due to their ability to reduce surface and interfacial tension at the liquid interface and form in the solution a combination of micelle molecules that laminarize the flow in the boundary layer. A decrease in the friction resistance leads to an increase in the completeness of the boundary velocity diagram, i.e. to an increase in the average velocity around the body area where surfactants are blown.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью [1]. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то во время движения из корпуса судна через его верхнюю поверхность в пограничный слой судна вдувают поверхностно-активные вещества, например такие, как соли жирных кислот (алюминиевые, натриевые, литиевые и др. мыла) [2]. Для этого предварительно в носовой части судна в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ выполняют щели (для вдувания ПАВ) с наклоном к поверхности корпуса вдоль потока. Это приведет к ламинаризаци пограничного слоя под подошвой волны (практически вся поверхность судна обтекается турбулентным потоком, см. [2]), что увеличит скорость обтекания участка корпуса судна под впадиной ИГВ. В соответствии с законом Бернулли давление в этом месте понизится, и амплитуда ИГВ возрастет. Соответственно увеличатся изгибные напряжения в ледяном покрове, что повысит эффективность разрушения льда. Under the ice cover, a submarine begins to move at a resonant speed [1]. If the height of the IGW excited at the same time is insufficient to break the ice, then while moving from the ship’s hull through its upper surface, surfactants are blown into the boundary layer of the vessel, for example, such as salts of fatty acids (aluminum, sodium, lithium and other soaps) ) [2]. To do this, previously in the bow of the vessel at the most likely location of the first depression of the IHV, slots (for blowing surfactants) are made with an inclination to the hull surface along the stream. This will lead to laminarization of the boundary layer under the bottom of the wave (almost the entire surface of the vessel is surrounded by a turbulent flow, see [2]), which will increase the speed of flow around a section of the vessel’s hull beneath the IGW depression. In accordance with Bernoulli’s law, the pressure in this place will decrease, and the amplitude of the IHV will increase. Accordingly, bending stresses in the ice cover will increase, which will increase the efficiency of ice destruction.

Изобретение поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью V_p. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то через щели 4 в пограничный слой 5 вдувают ПАВ 6. В результате высота ИГВ 3 возрастет до высоты ИГВ 7, что повысит эффективность разрушения льда 1.Under the ice cover 1 begin to move the submarine 2 with a resonant speed V _p . If the height of the excited IGW 3 is insufficient to break the ice 1, then surfactants 6 are blown into the boundary layer 5 through the cracks 4. As a result, the height of the IGW 3 will increase to the height of the IGW 7, which will increase the efficiency of the destruction of ice 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 resonant speed, characterized in that surfactants are blown out of the vessel’s hull through its upper surface into the boundary layer of the vessel.