RU2240253C2

RU2240253C2 - Method of an ice cover destruction

Info

Publication number: RU2240253C2
Application number: RU2002105536/11A
Authority: RU
Inventors: В.М. Козин (RU); В.М. Козин
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2004-11-20

Abstract

FIELD: shipbuilding; ice cover destruction by submarines.

SUBSTANCE: the invention presents a method of ice cover destruction by submarines. The invention is dealt with shipbuilding, in particular, with the underwater vessels destroying an ice cover by the resonance bending-gravity waves. The method of an ice cover destruction provides for creation of an area of a positive pressure under an vertex of a bending-gravity wave at the expense of the centripetal forces excited by an impeller, located on the upper part of the body of the underwater ship. Then impeller is periodically spun with a frequency of the resonance bending -gravity waves during a half-wavelength of these waves. The invention allows to increase efficiency of an ice cover destruction.

EFFECT: the invention allows to increase efficiency of an ice cover destruction.

1 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду.The invention relates to 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. – Наука. - 1994. - №2. - С.78-91), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью ν_p, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ максимальна.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. - Science. - 1994. - No. 2. - P.78-91), which proposes to destroy the ice cover by an underwater vessel by excitation of flexural-gravitational waves when it moves with a resonant speed ν _p , i.e. at the speed at which the amplitude of the excited IGV is maximum.

Также известно техническое решение (2. RU 2170687 С1, 15.03.2000), в котором для повышения эффективности разрушения льда предлагается создавать под ледяным покровом в месте расположения впадины (подошвы) изгибно-гравитационной волны разрежения (области пониженного давления) посредством центробежных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна.It is also known a technical solution (2. RU 2170687 C1, 03/15/2000), in which, to increase the efficiency of ice destruction, it is proposed to create a bending-gravitational rarefaction wave (region of reduced pressure) under the ice cover by means of centrifugal forces from rotation impeller located in the upper part of the hull.

Недостатком способов является недостаточное увеличение амплитуды ИГВ, т.е. ледоразрушающей способности судна, при его движении с резонансной скоростью.The disadvantage of this method is the insufficient increase in the amplitude of the IHV, i.e. ice-breaking ability of the vessel, when it moves at a resonant speed.

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.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 с резонансной скоростью.Restrictive: the ice cover is destroyed by an underwater vessel by exciting resonant IGWs in ice when it moves at a resonant speed.

Отличительные: под ледяным покровом создают область повышенного давления в месте расположения вершины изгибно-гравитационной волны посредством центростремительных сил от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, при этом область повышенного давления создают периодически с частотой резонансных ИГВ посредством соответствующего периодического включения и отключения вращения крыльчатки, а продолжительность включений и отключений вращений крыльчатки равна полупериоду резонансных ИГВ.Distinctive: under the ice cover create an area of increased pressure at the location of the apex of the flexural-gravitational wave by means of centripetal forces from the rotation of the impeller located in the upper part of the vessel, while the area of increased pressure is created periodically with the frequency of resonant IHVs by periodically turning the impeller rotation on and off , and the duration of the on and off rotations of the impeller rotations is equal to the half-period of the resonant IGV.

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 вершина прогрессивных ИГВ формируются над корпусом судна [1], то появляется возможность воздействовать на реакцию упругого основания (воды) от деформирования ледяного покрова в пределах длины судна. Очевидно, что это воздействие должно быть направленно на изменение силы поддержания воды в районе вершины ИГВ, т.к. соответствующее изменение силы поддержания в этом месте вызовет увеличение амплитуды волны 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 peak of progressive IGVs is formed above the hull of the vessel [1], 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 changing the strength of maintaining water in the region of the summit of the IHV, since a corresponding change in the support force in this place will cause an increase in the wave amplitude 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 (3. Д.Е.Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. – 218 с.), что приложение периодической динамической нагрузки к ледяному покрову с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, значительно увеличивает деформации ледяного покрова по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при таких воздействиях возникают резонансные ИГВ.It is also known (3. D.E. Kheysin. Dynamics of ice cover. - L .: Gidrometeoizdat, 1967. - 218 p.) That the application of a periodic dynamic load to the ice cover with a frequency equal to the frequency of resonant IGWs significantly increases the deformation of the ice cover in comparison with the same intensity load, but applied stationary. This is explained by the fact that resonant IHVs arise under such influences.

Таким образом, если под вершиной ИГВ, возникших от поступательного движения подводного судна, т.е. основных резонансных ИГВ, создавать периодически соответственно область повышенного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных резонансных ИГВ.Thus, if under the summit of the IHV arising from the translational motion of the submarine, i.e. main resonant IGV, to create periodically respectively a region of increased pressure with the frequency of resonant IGV, then this will lead to the excitation of additional resonant IGV in the ice sheet.

Очевидно, что для достижения максимального периодического возрастания амплитуды суммарных ИГВ необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [3]Obviously, in order to achieve the maximum periodic increase in the amplitude of the total IHV, it is necessary that the exposure time of the forces exciting additional IHV is equal to half the period T of resonant IHV, the value of which can be determined from the dependence [3]

где D - цилиндрическая жесткость льда; ρ_л - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.where D is the cylindrical stiffness of ice; ρ _l is the density of ice; h is the thickness of the ice cover; g is the acceleration of gravity.

В этом случае при перемещении льда вверх от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вверх. А при перемещении льда вниз эти силы исчезают. Таким образом, возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.In this case, when the ice moves up from the additional IGWs that have arisen, their exciting forces will also be directed upwards. And when the ice moves down, these forces disappear. Thus, the most effective kind of additional build-up of ice cover to the main IGW will arise.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью ν_p для возбуждения основных резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то включают крыльчатку, предварительно установленную в верхней части корпуса судна в наиболее вероятном месте расположения вершины ИГВ. Как показали опыты [1], это место практически не зависит от скорости судна заглубления и толщины льда и определяется лишь геометрией корпуса. По истечении времени Т/2, т.е. через полупериод резонансных ИГВ, крыльчатку останавливают. Повторное включение крыльчатки осуществляют также через полупериод Т/2, т.е. через время Т от момента первого включения, а значит с частотой резонансных ИГВ. Процесс включений и отключений вращений крыльчатки продолжают в течение всего времени выполнения ледокольных работ. Периодическое вращение крыльчатки в направлении, противоположном вращению рабочего колеса центробежного насоса, вызовет появление периодических центростремительных сил и соответствующей периодически возникающей области повышенного давления под ледяным покровом. Повышение давления под вершиной ИГВ с частотой резонансных ИГВ приведет к возбуждению во льду дополнительных резонансных ИГВ. Наложение дополнительных ИГВ на основные в фазе, т.е. при совпадении вершин и подошв ИГВ, вызовет их суммирование. В результате амплитуда суммарных ИГВ возрастет, что повысит эффективность разрушения льда.Under the ice cover at a given depth, a submarine begins to move at a speed of ν _p to excite the main resonant IHV. If the amplitude of these waves is insufficient to destroy the ice cover, then they include an impeller pre-installed in the upper part of the ship’s hull at the most probable location of the top of the IHV. As experiments [1] showed, this place is practically independent of the speed of the deepening vessel and the thickness of the ice and is determined only by the geometry of the hull. After the time T / 2, i.e. through a half-period of resonant IGV, the impeller is stopped. The impeller is also switched on again through the T / 2 half-cycle, i.e. after time T from the moment of the first inclusion, and therefore with the frequency of resonant IGVs. The process of turning on and off the rotations of the impeller continues throughout the entire period of icebreaking. Periodic rotation of the impeller in the opposite direction to the rotation of the impeller of the centrifugal pump will cause the appearance of periodic centripetal forces and the corresponding periodically occurring region of increased pressure under the ice cover. An increase in pressure below the summit of the IGV with a frequency of resonant IGV will lead to the excitation of additional resonant IGV in ice. Overlay of additional IGV on the main ones in the phase, i.e. when the tops and soles of the IHV coincide, they will summarize. As a result, the amplitude of total IHV will increase, which will increase the efficiency of ice destruction.

На чертеже показана схема реализации изобретения.The drawing shows a diagram of an embodiment of the invention.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении Н начинают перемещать подводное судно 2 со скоростью ν_р. Если амплитуда возбужденных основных резонансных ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова 1, то под первой вершиной 4 прогрессивных ИГВ 3 создают с частотой резонансных ИГВ область повышенного давления 5 за счет периодического вращения крыльчатки 6 с угловой скоростью ω и появления соответствующих центростремительных сил 7. Периодическое повышение давления под вершиной 4 приведет к возбуждению дополнительной системы резонансных ИГВ 8. Наложение дополнительных ИГВ 8 на основные 3 вызовет их суммирование (профиль волны 9), что повысит эффективность разрушения ледяного покрова 1 подводным судном 2.Under the ice cover 1 at a given depth H begin to move the submarine 2 at a speed of ν _p . If the amplitude of the excited main resonant IGV 3 is insufficient to destroy the ice cover 1, then under the first peak 4 of the progressive IGV 3, a region of increased pressure 5 is created with a frequency of resonant IGV 3 due to the periodic rotation of the impeller 6 with an angular velocity ω and the appearance of the corresponding centripetal forces 7. Periodic the increase in pressure under the peak 4 will lead to the excitation of an additional system of resonant IGV 8. Overlaying additional IGV 8 on the main 3 will cause their summation (wave profile 9) , which will increase the effectiveness of the destruction of the ice sheet 1 by an underwater vessel 2.

Claims

A method of destroying an ice sheet by an underwater vessel by exciting resonant flexural-gravitational waves in ice when it moves at a resonant speed, characterized in that under the ice sheet an area of increased pressure is created at the location of the peak of the flexural-gravitational wave by centripetal forces from the rotation of the impeller located in the upper part of the hull, while the region of high pressure is created periodically with a frequency of resonant bending-gravitational waves by means of vuyuschego periodic enable or disable rotation of the impeller, and the duration of inclusions and disconnections rotation of the impeller is equal to a half period of the resonant flexural gravitational waves.