RU2674635C1

RU2674635C1 - Device for breaking down ice cover

Info

Publication number: RU2674635C1
Application number: RU2018104925A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Александра Владимировна Погорелова; Михаил Васильевич Канделя; Алексей Сергеевич Васильев; Сергей Владимирович Радионов; Вероника Павловна Назарова
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 ships, breaking ice cover by resonant flexural-gravity waves. Device for breaking the ice cover consists of an underwater vessel capable of moving under the ice at a resonant speed. On the upper surface of the hull of the vessel in the bow part under the first depression of flexural-gravity waves excited by the vessel, small wings are installed. Wings are able to periodically be installed and removed from the surface of the vessel with a frequency of resonant flexural-gravity waves and be in a fixed or remote position for a time equal to half the period of these waves.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, разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: издательство «Академия Естествознания». 2007. - 355 с.).The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines that destroy the ice cover by the resonance method (1. Kozin V.M. Resonance method of ice cover destruction. Inventions and experiments. M.: Publishing house "Academy of Natural Sciences". 2007. - 355 p. )

Известно техническое решение (2. RU 2248909 C1), в котором предложено устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного двигаться подо льдом с резонансной скоростью. На верхней поверхности корпуса судна в носовой его части под первой впадиной возбуждаемых судном изгибно-гравитационных волн (ИГВ) установлены крылья малого размаха.A technical solution is known (2. RU 2248909 C1), in which a device for the destruction of the ice cover, consisting of a submarine capable of moving under ice with a resonant speed, is proposed. On the upper surface of the hull in the bow of the vessel under the first trough of the vessel excited by the bending-gravitational waves (IGW) wings of small scale are installed.

Недостатком устройства является недостаточная амплитуда возбуждаемых им ИГВ, т.е. его ледоразрушающая способность.The disadvantage of this device is the insufficient amplitude of the IGV excited by it, i.e. its ice-breaking ability.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, увеличивающего амплитуду ИГВ, возбуждаемых при поступательном движении подводного судна.The essence of the invention lies in the development of a device that increases the amplitude of the IGW excited during the translational motion of an underwater vessel.

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: устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного двигаться подо льдом с резонансной скоростью, на верхней поверхности корпуса судна в носовой его части под первой впадиной возбуждаемых судном ИГВ установлены крылья малого размаха.Restrictive: a device for the destruction of ice cover, consisting of an underwater vessel capable of moving under ice at a resonant speed, wings of small wingspan are installed on the upper surface of the vessel’s hull in the bow of the vessel under the first depression of the IGW excited by the vessel.

Отличительные: крылья способны периодически устанавливаться и удаляться с поверхности судна с частотой резонансных ИГВ и находиться в установленном или удаленном положениях в течение времени равному половине периода этих волн.Distinctive: the wings are able to periodically be installed and removed from the surface of the vessel with a frequency of resonant IHV and to be in established or remote positions for a time equal to half the period of these waves.

Известно (3. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. Л.: Судостроение. 1988. - 287 с.), что практически на всей судовой поверхности при движении судна формируется турбулентный пограничный слой. Если же на каком-либо участке поверхности уменьшить вязкостное сопротивление, то это приведет к увеличению скорости движения частиц жидкости на этом участке, что в свою очередь, в соответствии с законом Бернулли приведет к понижению давления в этом месте. Одним из устройств уменьшения вязкостного сопротивления является установка на корпус судна крыльев малого размаха (вихрегенераторов) [3].It is known (3. Voitkunsky Y.I. Resistance to the movement of ships. L .: Shipbuilding. 1988. - 287 p.) That a turbulent boundary layer is formed on almost the entire surface of the vessel when the vessel moves. If the viscosity is reduced on a certain surface area, this will lead to an increase in the velocity of the fluid particles in this area, which, in turn, in accordance with Bernoulli’s law, will lead to a decrease in pressure at this location. One of the devices for reducing viscosity is the installation of small wingspan (eddy generators) on the hull of a vessel [3].

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 V.M., Skripachev V.V. Oscillations of the ice sheet under the action of a periodically changing load / PMTF - Novosibirsk: publishing house of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences - 1992. No. 5) that a periodic application of a 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 in comparison with its stationary application.

В работе [1] показано, 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.In [1], it was shown that the nucleation of the IGW system occurs 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 ship’s hull [1] (in the new extremity) 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 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.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

В носовой части судна на его верхней поверхности в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ устанавливают крылья малого размаха. При движении судна с резонансной скоростью Vp возникнут резонансные ИГВ, первая впадина которых окажется над участком судовой поверхности в месте установки крыльев. Как известно [3], движение судна сопровождается возникновением вязкостного сопротивления. Если его уменьшить под впадиной ИГВ, то в этом месте частицы жидкости начнут двигаться с большой средней скоростью, т.к. возрастает полнота эпюры скоростей в пограничном слое, что, в свою очередь, вызовет понижение давления, и соответственно, увеличение глубины впадины ИГВ, т.е. амплитуды ИГВ. В результате повысятся изгибные напряжения в ледяном покрове и эффективность разрушения льда по сравнению с известным решением [2].In the bow of the vessel on its upper surface at the most probable location of the first depression of the IHV, wings of small span are installed. When the vessel moves with a resonant speed Vp, resonant IGWs will appear, the first depression of which will be above the portion of the ship’s surface at the place of installation of the wings. As is known [3], the movement of the vessel is accompanied by the appearance of viscosity. If it is reduced under the basin of the IHV, then in this place the liquid particles will begin to move at a high average speed, because the completeness of the velocity plot in the boundary layer increases, which, in turn, will cause a decrease in pressure, and, accordingly, an increase in the depth of the IGV depression, i.e. the amplitudes of the IGV. As a result, bending stresses in the ice cover and the efficiency of ice destruction will increase in comparison with the known solution [2].

Если и это не приведет к разрушению ледяного покрова, то крылья малого размаха начинают периодически удалять с поверхности судна, а затем вновь на нее устанавливать с частотой резонансных ИГВ.If this does not lead to the destruction of the ice cover, then wings of small span begin to periodically be removed from the surface of the vessel, and then reinstalled on it with the frequency of resonant IGWs.

В результате периодическое возникновение области пониженного давления под подошвой приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных резонансных ИГВ, в фазе накладывающихся на основные, т.е. возбуждаемые от движения судна, ИГВ. Возникнет благоприятная с точки зрения сущности изобретения интерференция этих волн (увеличение амплитуды суммарных ИГВ), что позволит достичь заявленный технический результат.As a result, the periodic occurrence of a region of reduced pressure under the sole will lead to the excitation in the ice sheet of additional resonant IGWs, in phase superimposing on the main ones, i.e. excited by the movement of the vessel, IGV. 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.

В носовой части 1 судна 2 устанавливают крылья малого размаха (позиция 3) и удаляют (позиция 4), ориентированные нормально к судовой поверхности (вид А). При движении судна со скоростью Vp первая впадина ИГВ 4, окажется над местом установки крыльев. В результате амплитуда ИГВ 5 возрастет до ИГВ 6.In the bow 1 of vessel 2, wings of small span are installed (position 3) and removed (position 4), oriented normally to the ship's surface (view A). When the vessel is moving at a speed of Vp, the first depression of IGV 4 will be above the place of installation of the wings. As a result, the amplitude of IGV 5 will increase to IGV 6.

Claims

A device for destroying the ice cover, consisting of an underwater vessel capable of moving under ice with a resonant speed, on the upper surface of the hull in the bow of the vessel under the first depression of the bending-gravitational waves excited by the vessel, wings of small span are installed, characterized in that the wings are periodically installed and removed from the surface of the vessel with a frequency of resonant flexural-gravitational waves and be in an installed or remote position for a time equal to half the period these waves.