RU2674551C1

RU2674551C1 - Ice breaking method

Info

Publication number: RU2674551C1
Application number: RU2018104923A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Елена Григорьевна Рогожникова; Александр Владимирович Кожаев; Алексей Сергеевич Васильев; Сергей Владимирович Радионов; Евгений Вячеславович Лесков
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2018-12-11

Abstract

FIELD: shipbuilding.SUBSTANCE: invention relates to the field of shipbuilding, in particular to underwater vessels, floating in ice conditions and destroying ice cover by the resonance method when they ascend in solid ice. Method of breaking the ice cover by an underwater ship is to excite flexural-gravity waves when the ship moves under the ice with a resonant speed. During the movement of the vessel on its upper surface in the bow tip and the most probable place of the formation of the sole, flexural-gravity waves are periodically generated, and then eliminate the electromagnetic force directed towards the movement of the vessel, with a frequency equal to the frequency of resonant flexural-gravity waves, for a time equal to half of their period.EFFECT: increase in the efficiency of the destruction of the ice cover is achieved.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом при всплытии в сплошном льду. (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 sailing in ice conditions and destroying the ice cover by the resonance method when surfacing in solid ice. (1. Kozin V.M. Resonance method of ice cover destruction. Inventions and experiments. - M.: Academy of Natural Sciences Publishing House. 2007. - 355 pp. ISBN 978-5-91327-017-7).

Известно техническое решение (2. RU 2250854), в котором предложен способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении изгибно-гравитационных волн (ИГВ) при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, во время движения судна на его верхней поверхности в носовой оконечности в наиболее вероятном месте формирования подошвы ИГВ создают электромагнитную силу, направленную в сторону движения судна.A technical solution is known (2. RU 2250854), in which a method for destroying ice cover by an underwater vessel is proposed, which consists in exciting bending gravitational waves (IGW) when the vessel moves under ice at a resonant speed while the vessel is moving on its upper surface in the bow in the most likely place of formation of the sole of the IHV create an electromagnetic force directed towards the vessel.

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 effectiveness 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, во время движения судна на его верхней поверхности в носовой оконечности в наиболее вероятном месте формирования подошвы ИГВ создают электромагнитную силу, направленную в сторону движения судна.Restrictive: the ice cover is destroyed by an underwater vessel by excitation of IGV in ice when the vessel moves under ice at a resonant speed, while the vessel is moving on its upper surface at the bow tip at the most probable place of formation of the IGV sole, they create electromagnetic force directed towards the vessel.

Отличительные: электромагнитную силу периодически устраняют с частотой равной частоте резонансных ИГВ в течение времени равному половине их периода.Distinctive: electromagnetic force is periodically eliminated with a frequency equal to the frequency of resonant IGW during a time equal to half their period.

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 носовой оконечности) в определенном месте, то появляется возможность воздействовать на реакцию упругого основания (воды) от деформирования ледяного покрова в пределах длины судна.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 IHV is formed above the hull of the vessel [1] (in the bow) 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.

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.Obviously, this effect 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.

Известно (3. З.В. Богданова. К вопросу о снижении сопротивления трения транспортных судов. Труды ЦНИИМФ. - М.: Транспорт. - 1964, вып. 54, с. 72-88), что путем использования принципов магнитной гидродинамики можно ламинизировать поток жидкости, т.е. снизить сопротивление трения. Снижение сопротивления трения приводит к увеличению полноты эпюры скоростей пограничного слоя, т.е. к увеличению средней скорости обтекания участка тела, где деформируется ламинарный режим обтекания.It is known (3. Z. V. Bogdanova. On the issue of reducing the friction resistance of transport ships. Proceedings of the Central Scientific Research Institute of Theoretical Physics. - M.: Transport. - 1964, issue 54, p. 72-88), that by using the principles of magnetic hydrodynamics it is possible to laminate fluid flow i.e. reduce 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 increase the average velocity around the body area where the laminar flow regime is deformed.

Также известно (4. Козин В.М., Скрипачев В.В. Колебания ледяного покрова под действием периодически изменяющейся нагрузки / ПМТФ - Новосибирск: издательство СО РАН. - 1992. №5), что периодическое приложение к ледяному покрову поперечной нагрузки с частотой равной частоте резонансных ИГВ приводит к значительному увеличению деформаций (амплитуды прогибов) льда по сравнению с ее стационарным приложением.It is also known (4. Kozin VM, Skripachev VV Fluctuations of the ice sheet under the action of a periodically changing load / PMTF - Novosibirsk: publishing house of the SB RAS. - 1992. No. 5) that a periodic application of the transverse load to the ice sheet with a frequency equal to the frequency of resonant IGWs leads to a significant increase in deformations (amplitude of deflections) of ice compared with its stationary application.

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 судна включают электромагнит, установленный на верхней поверхности судна в наиболее вероятном месте формирования подошвы ИГВ. Возникающую при этом электромагнитную объемную силу ориентируют в сторону движения судна, что уменьшит сопротивление тела, т.е. судна. Это приведет к ламинаризации пограничного слоя в месте установки электромагнита, т.е. под подошвой волны (практически вся поверхность судна обтекается турбулентным потоком. См. 5. Войткукнский Я.И. Сопротивление движению судов. - Л.: Судостроение. - 1988. - 287 с.), 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.Under the ice cover, a submarine begins to move at a resonant speed [1]. If the height of the IGV excited in this case is insufficient to destroy the ice, then while the vessel is moving, an electromagnet mounted on the upper surface of the vessel at the most probable place of formation of the IGV sole is turned on. The resulting electromagnetic volumetric force is oriented towards the vessel, which will reduce the resistance of the body, i.e. vessel. This will lead to laminarization of the boundary layer at the installation site of the electromagnet, i.e. under the bottom of the wave (almost the entire surface of the vessel is surrounded by a turbulent flow. See 5. Voitkuknsky Y. I. Resistance to the movement of ships. - L .: Shipbuilding. - 1988. - 287 p.), which will increase the speed of flow around a section of the ship’s hull under the IGV 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.

Если и это не приведет к разрушению ледяного покрова, то электромагнитную силу устраняют периодически с частотой равной частоте резонансных ИГВ в течение времени равному половине их периода.If this does not lead to the destruction of the ice cover, then the electromagnetic force is removed periodically with a frequency equal to the frequency of the resonant IGW during a time equal to half their period.

В результате периодическое уменьшение давления воды вод подошвой ИГВ приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных резонансных ИГВ. Возникнет благоприятная с точки зрения сущности изобретения интерференция этих волн (увеличение амплитуды суммарных ИГВ), что позволит достичь заявленный технический результат.As a result, a periodic decrease in water pressure of the water by the IGW sole leads to the excitation of additional resonant IGW in the ice sheet. There will be interference, favorable from the point of view of the essence of the invention, of these waves (an increase in the amplitude of the total IGW), which will achieve the claimed technical result.

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 включают и отключают электромагнит 4. В результате высота ИГВ 3 возрастет до высоты ИГВ, 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 IGV 3 is insufficient for the destruction of ice 1, then turn on and turn off the electromagnet 4. As a result, the height of the IGV 3 will increase to the height of the IGV, 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 generation of flexural-gravitational waves when the vessel moves under ice at resonant speed, while the vessel is moving on its upper surface in the bow at the most probable location of the formation of the sole of the flexural-gravitational wave, creates an electromagnetic force directed to side of the vessel, characterized in that the electromagnetic force is periodically eliminated with a frequency equal to the frequency of the resonant bending-gravitational waves over time equal to half their period.