RU2589227C1 - Device for breaking down ice cover - Google Patents
Device for breaking down ice cover Download PDFInfo
- Publication number
- RU2589227C1 RU2589227C1 RU2015120896/11A RU2015120896A RU2589227C1 RU 2589227 C1 RU2589227 C1 RU 2589227C1 RU 2015120896/11 A RU2015120896/11 A RU 2015120896/11A RU 2015120896 A RU2015120896 A RU 2015120896A RU 2589227 C1 RU2589227 C1 RU 2589227C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- open
- sections
- impellers
- vessel
- channels
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом, т.е. путем возбуждения в ледяном покрове резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М.: Издательство «Академия Естествознания». 2007. - 355 с. ISBN 978-5-91327-017-7).The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines destroying ice cover by the resonance method, i.e. by excitation in the ice sheet of resonant flexural-gravitational waves (IGW) (1. Kozin VM Resonance method of destruction of the ice sheet. Inventions and experiments. - Moscow: Publishing House "Academy of Natural Sciences". 2007. - 355 p. ISBN 978- 5-91327-017-7).
Известно техническое решение (2. RU 2240252 С2, 28.02.2002), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном за счет создания от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, области повышенного давления под возникающей вершиной ИГВ.A technical solution is known (2. RU 2240252 C2, 02.28.2002), in which it is proposed to destroy the ice cover by an underwater vessel by creating from the rotation of the impeller located in the upper part of the vessel's hull an area of increased pressure under the arising top of the IHV.
Недостатками этого решения являются: наличие на корпусе судна выступающей части в виде крыльчатки, увеличивающей сопротивление воды и, вследствие этого, уменьшающей скорость его хода; громоздкость конструкции крыльчатки, выходящей за габариты корпуса; низкая работоспособность решения из-за гидродинамического несовершенства его осуществления (отсутствие целенаправленного, т.е. фокусированного, воздействия генерируемых гидродинамических сил на вершину ИГВ) и, соответственно, недостаточная высота возбуждаемых ИГВ.The disadvantages of this solution are: the presence on the hull of the protruding part in the form of an impeller, which increases the resistance of water and, consequently, reduces its speed; the cumbersome design of the impeller beyond the dimensions of the housing; low working capacity of the solution due to the hydrodynamic imperfection of its implementation (the absence of the targeted, i.e. focused, effect of the generated hydrodynamic forces on the top of the IGW) and, accordingly, the insufficient height of the excited IGV.
Сущность изобретения заключается в разработке устройства, установленного в корпусе судна и увеличивающего высоту ИГВ, возбуждаемых при движении судна под ледяным покровом.The essence of the invention consists in the development of a device installed in the hull of the vessel and increasing the height of the IHV, excited when the vessel moves under ice cover.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого льда.The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the thickness of destructible ice.
Существенные признаки, характеризующие изобретениеThe essential features characterizing the invention
Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные ИГВ и создающего с помощью вращающейся крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, область повышенного давления под ледяным покровом в месте расположения вершины ИГВ.Restrictive: a device for the destruction of ice cover, consisting of an underwater vessel, capable of driving resonant IHV in it under the ice cover and using a rotating impeller located in the upper part of the ship’s hull, an area of increased pressure under the ice cover at the location of the top of the IHV.
Отличительные: на судне в выполненных между его прочным и легким корпусами водопроточных каналах установлены две крыльчатки, поперечные сечения которых расположены перпендикулярно продольной оси судна, они расположены друг за другом и имеют в верхних частях открытые участки, крыльчатки выполнены с возможностью вращаться в противоположных направлениях, а лопатки крыльчаток в момент окончания прохождения ими открытых участков каналов - отклоняться, т.е. прижиматься к внутренней поверхности крыльчаток, на время, равное времени подхода к закрытым участкам очередных лопаток, после чего возвращаться в исходное положение, открытые участки каналов снабжены заслонками, способными их закрывать и затем периодически с частотой резонансных ИГВ резко открывать и держать их открытыми в течение времени, равного полупериоду этих волн, лопатки отогнуты в направлениях, противоположных направлениям вращения крыльчаток.Distinctive: on the vessel, two impellers are installed between the strong and light hulls of the water-flowing channels, the cross sections of which are perpendicular to the longitudinal axis of the vessel, they are located one after the other and have open sections in the upper parts, the impellers can rotate in opposite directions, and impeller blades at the moment of completion of passage of open sections of channels by them - deviate, i.e. press against the inner surface of the impellers for a time equal to the approach time to the closed sections of the next blades, then return to their original position, the open sections of the channels are equipped with shutters that can close them and then periodically with a frequency of resonant IHV open sharply and keep them open for time equal to the half-period of these waves, the blades are bent in the directions opposite to the directions of rotation of the impellers.
Общеизвестно, что при вращательном движении среды на ее массу неизбежно будут действовать центробежные силы. Эту очевидную закономерность можно использовать для повышения эффективности разрушения ледяного покрова резонансным методом с помощью предложенного устройства. Для этого эти силы следует направить под вершину возбуждаемых ИГВ, что повысит в этой области гидродинамическое давление, т.е. увеличит высоту ИГВ.It is well known that during the rotational motion of a medium, centrifugal forces will inevitably act on its mass. This obvious pattern can be used to increase the efficiency of ice cover destruction by the resonance method using the proposed device. To do this, these forces should be directed below the top of the excited IGW, which will increase the hydrodynamic pressure in this area, i.e. increase the height of the IHV.
Также известно (3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Дрофа. 2003. - 842 с.), что при взаимодействии потоков жидкости с различными скоростями на границе их раздела возникает пограничный слой, в пределах толщины которого из-за вязкости жидкости скорости в потоках резко изменяются в поперечных к ним направлениях. Таким образом, при встречном движении двух потоков жидкости с одинаковыми скоростью и вязкостью, которые будет создавать предложенное устройство, на границе их раздела будет происходить их взаимное торможение с интенсивным вихреобразованием. Тогда в соответствии с законом Бернулли давление на этой границе будет возрастать и в результате возникнет своеобразный гидродинамический барьер (гидродинамическое сопротивление), препятствующий протеканию через него набегающего внешнего потока (в нашем случае при рассмотрении для лучшего понимания обращенного движения (см. [3])), т.е. когда судно считают неподвижным, а вода и ледяной покров как бы надвигаются на него, скорость внешнего потока будет равна скорости судна, что приведет к повышению давления перед ним. Кроме этого, на пути внешнего потока в месте расположения устройства при его работе между корпусом судна и нижней поверхностью ледяного покрова возникнет область завихренной жидкости, что повысит степень турбулентности не только пограничного слоя, возникающего на поверхности самого судна, но приведет и к турбулизации всего внешнего потока между его корпусом и льдом. Вязкостное сопротивление судна возрастет, что в свою очередь увеличит давление в этой области (см. [3]).It is also known (3. Loytsyansky LG, Mechanics of liquid and gas. - M.: Drofa. 2003. - 842 p.) That during the interaction of fluid flows with different velocities, a boundary layer arises at the interface, within the thickness of which - due to the viscosity of the fluid, the velocities in the flows change sharply in the directions transverse to them. Thus, with the oncoming movement of two fluid flows with the same speed and viscosity, which will be created by the proposed device, at their interface, they will mutual inhibition with intense vortex formation. Then, in accordance with Bernoulli’s law, the pressure at this boundary will increase and, as a result, a peculiar hydrodynamic barrier (hydrodynamic resistance) will arise that prevents the incoming external flow from flowing through it (in our case, when considering for a better understanding of the reversed motion (see [3])) , i.e. when the vessel is considered motionless, and the water and ice cover seem to be approaching it, the speed of the external flow will be equal to the speed of the vessel, which will increase the pressure in front of it. In addition, in the path of the external flow at the device’s location between the ship’s hull and the lower surface of the ice sheet, a region of swirling liquid will appear, which will increase the degree of turbulence of not only the boundary layer that occurs on the surface of the vessel itself, but will also lead to turbulence of the entire external flow between his hull and ice. The viscosity of the vessel will increase, which in turn will increase the pressure in this area (see [3]).
Также известно (4. 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 (4. D.E. Heysin. 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 IGW 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 under such influences resonant IGWs arise.
Таким образом, если под вершиной ИГВ, возникших от поступательного движения подводного судна (основных резонансных ИГВ), периодически создавать область повышенного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных резонансных ИГВ.Thus, if under the apex of the IGW arising from the translational movement of the submarine (the main resonant IGV), a period of increased pressure is created periodically with the frequency of the resonant IGV, 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 основных резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [4]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 the main resonant IHV, the value of which can be determined from the dependence [4]
где D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; ρл - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.where D is the cylindrical stiffness of the ice plate; 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, the forces that excite them will also be directed up, 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.
Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.
В корпусе судна в наиболее вероятном месте расположения вершины ИГВ выполнены два водопроточных канала с открытыми в верхних частях участками. В каналах установлены крыльчатки, выполненные с возможностью вращаться в противоположных направлениях и оснащенные лопатками, отогнутыми в направлениях, противоположных направлениям вращения крыльчаток. Такая форма лопаток так же, как и форма лопастей рабочих колес центробежных насосов, увеличивает эффективность их работы. В нашем случае - создает при заданных энергозатратах максимальные центробежные силы, возникающие при выбросе крыльчатками через открытые участки водопроточных каналов масс воды. Габариты каналов и крыльчаток не превышают габаритов судна в месте их расположения, что, в отличие от аналога, не приведет к появлению дополнительного сопротивления в виде сопротивления выступающих частей. Вертикальное расположение стенок каналов обеспечит строгое направление (фокусированное воздействие) выбрасываемых потоков воды под вершину ИГВ. Кроме повышения давления под вершиной ИГВ за счет создаваемых устройством центробежных сил и области завихренной жидкости, его работа за счет близости расположения (друг за другом) водопроточных каналов приведет к гидродинамическому взаимодействию возбуждаемых крыльчатками потоков воды. Вращение крыльчаток в противоположных направлениях не только исключит возникновение кренящего момента, ухудшающего поперечную остойчивость судна, но приведет и к возникновению перпендикулярно расположенного к направлению движения судна гидродинамического барьера, увеличивающего работоспособность предложенного устройства. Для обеспечения возможности заполнения рабочего объема крыльчаток забортной водой после выброса через открытые участки водопроточных каналов масс воды за счет центробежных сил лопатки в момент окончания прохождения ими открытых участков каналов отклоняются, т.е. прижимаются к внутренней поверхности крыльчаток. За отклоненными лопатками вследствие оттеснения воды возникнут области пониженного давления [3], куда устремится забортная вода, обеспечивая тем самым заполняемость данных частей рабочих объемов крыльчаток. После истечения времени, равного времени подхода к закрытым участкам каналов очередных лопаток, они возвращаются в исходное положение. В результате весь рабочий объем крыльчаток, кроме открытых участков каналов, будет заполнен забортной водой. Работа устройства обеспечит более высокое по сравнению с аналогом увеличение давления под вершиной ИГВ. Если этого окажется недостаточно для разрушения ледяного покрова, то открытые участки водопроточных каналов кроме участков с отклоняющимися лопатками при помощи предварительно установленных заслонок закрываются и затем периодически с частотой резонансных ИГВ резко открываются и держатся открытыми в течение времени, равного полупериоду ИГВ. В результате внезапных периодических с частотой резонансных ИГВ появлений потоков воды под вершиной ИГВ в дополнение к образующимся также с резонансной частотой областям повышенного давления будут возникать гидроудары. В итоге возникнет дополнительная система резонансных ИГВ [4], которая, накладываясь на основные резонансные ИГВ вследствие их интерференции, будет периодически увеличивать высоту суммарных ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.In the ship’s hull, at the most probable location of the IGV peak, two water-flowing channels with open sections in the upper parts are made. Impellers are installed in the channels, which are configured to rotate in opposite directions and equipped with vanes bent in directions opposite to the directions of rotation of the impellers. This shape of the blades, as well as the shape of the blades of the impellers of centrifugal pumps, increases their efficiency. In our case, it creates, at given energy inputs, the maximum centrifugal forces arising from the ejection of impellers through the open sections of water-flowing channels of water masses. The dimensions of the channels and impellers do not exceed the dimensions of the vessel at their location, which, unlike the analogue, will not lead to the appearance of additional resistance in the form of the resistance of the protruding parts. The vertical arrangement of the walls of the channels will provide a strict direction (focused effect) of the ejected water flows under the top of the IHV. In addition to increasing the pressure under the summit of the IGW due to the centrifugal forces created by the device and the swirling liquid region, its operation due to the proximity of the water flow channels (one after another) will result in hydrodynamic interaction of the water flows excited by the impellers. Rotation of the impellers in opposite directions not only eliminates the occurrence of heeling moment, worsening the transverse stability of the vessel, but also leads to the appearance of a hydrodynamic barrier perpendicular to the direction of movement of the vessel, increasing the efficiency of the proposed device. To ensure that the working volume of the impellers can be filled with outboard water after the masses of water are ejected through open sections of the water-flowing channels due to the centrifugal forces of the blade, they are rejected at the moment they pass the open sections of the channels, i.e. pressed against the inner surface of the impellers. For deflected blades due to water displacement, areas of reduced pressure will appear [3], where outboard water will rush, thereby ensuring the occupancy of these parts of the working volumes of the impellers. After the expiration of the time equal to the approach time to the closed sections of the channels of the next blades, they return to their original position. As a result, the entire working volume of the impellers, except for the open sections of the channels, will be filled with sea water. The operation of the device will provide a higher pressure increase under the top of the IHV than the analogue. If this is not enough to destroy the ice cover, then the open sections of the water flow channels, in addition to the sections with deflecting vanes, are closed with the help of pre-installed shutters and then periodically with a frequency of resonant IGW open sharply and keep open for a time equal to the half-period of the IGV. As a result of sudden occurrences of water flows below the summit of the IGW that are periodically resonant with the resonance IGW, in addition to the areas of increased pressure that also form with a resonant frequency, water hammer will occur. As a result, an additional system of resonant IHVs will appear [4], which, superimposing on the main resonant IHVs due to their interference, will periodically increase the height of the total IHVs, which will achieve the claimed technical result.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид на устройство сбоку при открытом положении заслонок; на фиг. 2 и 3 - сечения по А-А и В-В на фиг. 1; на фиг. 4 - вид на устройство сбоку при закрытом положении заслонок; на фиг. 5 и 6 - сечения по С-С и D-D на фиг. 4.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a side view of the device with the flaps open; in FIG. 2 and 3 are sections along aa and bb in FIG. one; in FIG. 4 is a side view of the device with the shutters closed; in FIG. 5 and 6 are cross-sections along CC and D-D in FIG. four.
В корпусе судна 1 выполнены водопроточные каналы 2 с открытыми участками 3 (фиг. 1-6). В каналах 2 установлены крыльчатки 4, оснащенные лопатками 5, которые способны вращаться в противоположных направлениях (фиг. 2, 3, 5, 6). Если при движении судна 1 с резонансной скоростью up под ледяным покровом 6 высота возбуждаемых ИГВ 7 окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то крыльчатки начинают вращать с угловыми скоростями ±ω соответственно, что приведет к выбросу через открытые участки 3 водопроточных каналов 2 масс воды 8 и 9 (фиг. 2, 3), которые будут иметь как радиальные составляющие 10 (за счет центробежных сил), так и окружные составляющие 11 скорости (за счет закручивания воды в каналах 2 (фиг. 2, 3)). Возникший за счет центробежных сил поток воды (составляющие 10) приведет к увеличению давления под вершиной ИГВ 7. Окружные составляющие 11 вызовут возникновение гидродинамического барьера 12 и турбулизацию внешнего потока 13. Лопатки 14 в момент окончания прохождения ими открытых участков 3 каналов 2 отклоняются, т.е. прижимаются к внутренней поверхности крыльчаток 4, что приведет к возникновению областей пониженного давления 15 и, вследствие этого, потоков забортной воды 16 (фиг. 2, 3). Открытые участки каналов 3 снабжены заслонками 17 в открытом положении (фиг. 1) и 18 в закрытом положении (фиг. 4-6). Участки 19 водопроточных каналов с отклоняющимися лопатками (фиг. 5, 6) заслонками не перекрываются, т.е. не закрываются. В результате работы устройства произойдет увеличение высоты от ИГВ 7 до ИГВ 20.In the hull of the
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120896/11A RU2589227C1 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Device for breaking down ice cover |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120896/11A RU2589227C1 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Device for breaking down ice cover |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2589227C1 true RU2589227C1 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=56371089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015120896/11A RU2589227C1 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Device for breaking down ice cover |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2589227C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3101066A (en) * | 1961-07-14 | 1963-08-20 | Frederick R Haselton | Submarine hydrodynamic control system |
RU2219088C2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-12-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of breaking ice cover |
RU2219089C2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-12-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of breaking ice cover |
RU2240252C2 (en) * | 2002-02-28 | 2004-11-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of an ice cover destruction |
RU2240253C2 (en) * | 2002-02-28 | 2004-11-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of an ice cover destruction |
-
2015
- 2015-06-01 RU RU2015120896/11A patent/RU2589227C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3101066A (en) * | 1961-07-14 | 1963-08-20 | Frederick R Haselton | Submarine hydrodynamic control system |
RU2219088C2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-12-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of breaking ice cover |
RU2219089C2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-12-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of breaking ice cover |
RU2240252C2 (en) * | 2002-02-28 | 2004-11-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of an ice cover destruction |
RU2240253C2 (en) * | 2002-02-28 | 2004-11-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of an ice cover destruction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2651329C1 (en) | Method of breaking ice cover | |
RU2589235C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
US9709022B2 (en) | Apparatus for generating energy | |
JP2011121569A (en) | Propulsion performance improving device of ship | |
RU2589227C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2588563C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2588564C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
US10099764B2 (en) | Side-intake piston jet propulsor | |
RU2584636C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2612298C2 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2588562C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2506195C1 (en) | Method of breaking ice cover | |
RU2585133C1 (en) | Device for destruction of ice cover | |
RU2213022C2 (en) | Method of breaking ice cover | |
RU2219088C2 (en) | Method of breaking ice cover | |
KR20020020624A (en) | Method of reducing frictional resistance of a hull, and frictional resistance reducing vessel | |
RU2007111210A (en) | METHOD FOR USING ENVIRONMENTAL FLOW ENERGY AND ENERGY COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION | |
RU2619407C1 (en) | Impeller | |
RU2793475C1 (en) | Ice breaking device | |
RU2240253C2 (en) | Method of an ice cover destruction | |
KR20130002144U (en) | Propeller for Ship | |
Peng et al. | The study about the impact of the free-surface on the performance of the propeller attached at the stern of a submarine | |
RU2721221C1 (en) | Method of ice cover destruction | |
RU2353542C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2219089C2 (en) | Method of breaking ice cover |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170602 |