RU2224684C1

RU2224684C1 - Method of breaking ice cover

Info

Publication number: RU2224684C1
Application number: RU2003115585/11A
Authority: RU
Inventors: В.М. Козин
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-02-27

Abstract

FIELD: shipbuilding; submarine vessels running under ice conditions and breaking ice cover by resonance method at surfacing in solid ice. SUBSTANCE: proposed method includes excitation of flexural gravitational waves when ship is running under ice at resonance speed. During motion of ship, additives in form of fibers of solid agents are introduced into boundary 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), 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) excited by an underwater vessel (1. V.M. Kozin, A.V. Onishchuk "Model studies of wave formation in 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 Vp, 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 Vp, 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 вводят добавки в виде волокон из твердых веществ. Distinctive: while moving from the hull of the vessel through its upper surface, additives in the form of fibers from solid substances are introduced 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 это 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, this effect should be aimed at reducing the strength of maintaining water in the region of the IGV depression, since a decrease in pressure at this location 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. Войткунский Я.Н. Сопротивление движению судов. Л.: Судостроение. 1988. - 287 с.), что введение в турбулентный поток жидкости добавок в виде волокон из твердых веществ приводит к образованию хлопьев, способствующих гашению турбулентных пульсаций, а образующиеся водные суспензии волокон увеличивают толщину вязкого подслоя, что в свою очередь приводит к ламинаризации потока жидкости и снижению сопротивления трения. Снижение сопротивления трения приводит к увеличению полноты эпюры скоростей пограничного слоя, т. е. к увеличению средней скорости обтекания участка тела, где вводят волокна. It is also known (2. Voitkunsky YN. Resistance to ship traffic. L .: Shipbuilding. 1988. - 287 p.) That the introduction of additives in the form of fibers from solids into the turbulent fluid flow leads to the formation of flakes that contribute to damping turbulent pulsations, and the resulting aqueous suspension of fibers increases the thickness of the viscous sublayer, which in turn leads to laminarization of the fluid flow and a decrease in friction resistance. A decrease in the frictional resistance leads to an increase in the completeness of the diagram of the velocities of the boundary layer, i.e., to an increase in the average flow velocity around the part of the body where the fibers are introduced.

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 вводят добавки в виде волокон из твердых веществ, например, в виде волокон асбеста, нейлона или древесного происхождения (см. [2] на стр.104). Для этого предварительно в носовой части судна в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ выполняют щели (для ввода добавок) с наклоном к поверхности корпуса вдоль потока. Это приведет к ламинаризации 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 during the movement from the ship's hull through the upper surface of the vessel, additives are introduced into the boundary layer of the vessel in the form of fibers from solid substances, for example, in the form of fibers of asbestos, nylon or wood origin (see [2] on p. 104). To do this, previously in the bow of the vessel at the most likely location of the first depression of the IHV, slots are made (for introducing additives) with an inclination to the hull surface along the flow. 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 under the IGW depression. In accordance with Bernoulli’s law, the pressure at this point will decrease, and the amplitude IHW will increase, and bending stresses in the ice cover will increase accordingly, 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 Vp. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то через щели 4 в пограничный слой 5 вводят волокна 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 Vp. If the height of the excited IGV 3 is insufficient to break the ice 1, then fibers 6 are introduced through the slots 4 into the boundary layer 5. As a result, the height of the IGV 3 will increase to the height of the IGV 7, which will increase the efficiency of ice destruction 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 during the movement from the vessel’s hull through its upper surface additives are added in the form of solid fibers substances.