RU2713438C1

RU2713438C1 - Device for destruction of ice cover

Info

Publication number: RU2713438C1
Application number: RU2019122518A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Вероника Павловна Назарова
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2020-02-05

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding, namely, to underwater vessels destroying ice cover by resonant flexural-gravity waves. Device for destruction of ice cover consists of submarine vessel capable to excite in ice resonance flexural-gravity waves at movement under ice with resonant speed, and plate installed on upper surface of ship hull forebody. Surface of the plate is made ribbed, and slots of the plate are located along the body. Ribbed surface of the plate can periodically become smooth with frequency of resonance flexural-gravity waves and be in both states for a period of time equal to half of the period of these waves.

EFFECT: increase in the efficiency of ice destruction by an underwater ship is achieved.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М.: изд-во «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 (1. Kozin V.M. Resonance method of ice cover destruction. Inventions and experiments. - M .: Academy Publishing House. Natural sciences. ”2007. - 355 p., ISBN 978-5-91327-017-7).

Известно устройство для разрушения ледяного покрова в виде подводного судна и установленной на его верхней поверхности ребристой пластины (2. RU 2231470 С1)A device for the destruction of ice cover in the form of an underwater vessel and mounted on its upper surface a ribbed plate (2. RU 2231470 C1)

Недостатком устройства является недостаточная амплитуда возбуждаемых им изгибно-гравитационных волн (ИГВ), т.е. ледоразрушающая способность.The disadvantage of this device is the insufficient amplitude of the bending-gravitational waves (IGW) excited by it, i.e. 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, т.е. толщины разрушаемого льда.The technical result obtained by carrying out the invention is to increase efficiency, i.e. thickness of destructible ice.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.The essential features characterizing the invention.

Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного возбуждать во льду резонансные ИГВ при движении подо льдом с резонансной скоростью, и пластины, установленной на верхней поверхности носовой части корпуса судна, при этом поверхность пластины выполнена ребристой, а пазы пластины расположены вдоль корпуса.Restrictive: a device for destroying the ice cover, consisting of an underwater vessel capable of exciting resonant IGW in ice when moving under ice at a resonant speed, and a plate mounted on the upper surface of the bow of the ship’s hull, the surface of the plate being ribbed and the grooves of the plate located along the body.

Отличительные: ребристая поверхность пластины способна периодически становиться гладкой с частотой резонансных ИГВ и находиться в том и другом состояниях в течение времени равном половине периода этих волн.Distinctive: the ribbed surface of the plate is capable of periodically becoming smooth with the frequency of resonant IGWs and being in both states for a time equal to half the period of these waves.

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 IHV 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 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 и то (3. Войткунский Я.Н. Сопротивление движению судов. - Л.: Судостроение. 1998 - 287 с.), что для снижения сопротивления трения можно применять ребристые поверхности с продольными пазами (например, пилообразной формы их поперечного сечения), расположенными вдоль потока (см. [3] на стр. 96). Снижение сопротивления трения приводит к увеличению полноты эпюры скоростей пограничного слоя, т.е. к увеличению средней скорости обтекания участка тела с ребристой поверхностью.It is also known (3. Voitkunsky Y. N. Resistance to ship traffic. - L .: Shipbuilding. 1998 - 287 p.) That ribbed surfaces with longitudinal grooves (for example, a sawtooth shape of their cross section) can be used to reduce friction resistance, located along the stream (see [3] on page 96). A decrease in the friction resistance leads to an increase in the completeness of the boundary velocity diagram, i.e. to increase the average flow velocity around a body section with a ribbed surface.

Также известно (4. Козин В.М. Скрипачев В.В. Колебания ледяного покрова под действием периодически изменяющейся нагрузки / ПМТФ - Новосибирск: изд-во 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. Fluctuations of the ice cover under the action of a periodically changing load / PMTF - Novosibirsk: publishing house of the SB RAS - 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 compared with its stationary application.

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 пластину с ребристой поверхностью, пазы которой располагают вдоль корпуса, т.е. вдоль потока воды. Это приведет к уменьшению сопротивления трения, т.е. к увеличению средней скорости воды под впадиной ИГВ. В соответствии с законом Бернулли давление в этом месте понизится, что приведет к увеличению амплитуды ИГВ, изгибных напряжений в ледяном покрове и соответствующему повышению эффективности разрушения ледяного покрова.In the bow of the vessel on its upper surface at the most probable location of the first depression of the IHV, a plate with a ribbed surface is installed, the grooves of which are located along the hull, i.e. along a stream of water. This will lead to a decrease in friction resistance, i.e. to an increase in the average water velocity under the basin of the IHV. In accordance with Bernoulli’s law, the pressure in this place will decrease, which will lead to an increase in the amplitude of the IGW, bending stresses in the ice cover and a corresponding increase in the efficiency of ice cover destruction.

Если и это не приведет к разрушению ледяного покрова, то ребристую поверхность пластины, выполненную, например, в виде мехов гармони, периодически делают гладкой (по аналогии с растяжением мехов гармони) с частотой резонансных ИГВ, при этом в том и другом состояниях пластина должна находиться в течение времени равном половине периода этих волн. В результате периодического изменения давления над пластиной с резонансной частотой возникнут дополнительные резонансные ИГВ, в фазе накрадывающиеся на основные, т.е. от движения судна. Возникнет их благоприятная интерференция (увеличение суммарных амплитуд), что позволит достичь заявленный технический результат.If this does not lead to the destruction of the ice cover, then the ribbed surface of the plate, made, for example, in the form of harmonics, is periodically made smooth (by analogy with stretching the harmonics) with a frequency of resonant IGW, while the plate must be in both states over a period equal to half the period of these waves. As a result of a periodic change in pressure over the plate with a resonant frequency, additional resonant IGWs will appear in the phase, which creep onto the main ones, i.e. from the movement of the ship. There will be their favorable interference (increase in total amplitudes), which will achieve the claimed technical result.

Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показан вид на устройство сбоку; на фиг. 2 - вид по сечению А-А на фиг. 1.The invention is illustrated graphically, where: in FIG. 1 shows a side view of the device; in FIG. 2 is a view along section AA in FIG. 1.

В носовой части 1 судна 2 устанавливают пластину с ребристой поверхностью 3 (фиг. 1, фиг. 2а). При движении судна 1 амплитуда ИГВ изменится от ИГВ 4 до амплитуды ИГВ 5 (фиг. 1). Периодическая способность ребристой поверхности 3 (фиг. 2а) становиться гладкой 6 (фиг. 2б) приведет к увеличению амплитуд от ИГВ 5 до ИГВ 7 (фиг. 1).In the bow 1 of the vessel 2, a plate with a ribbed surface 3 is installed (Fig. 1, Fig. 2a). When the vessel 1 moves, the amplitude of the IGV will change from the IGV 4 to the amplitude of the IGV 5 (Fig. 1). The periodic ability of the ribbed surface 3 (Fig. 2a) to become smooth 6 (Fig. 2b) will increase the amplitudes from IGV 5 to IGV 7 (Fig. 1).

Claims

Device for breaking ice cover, consisting of an underwater vessel capable of exciting resonant flexural-gravitational waves in ice when moving under ice at a resonant speed, and a plate mounted on the upper surface of the bow of the ship’s hull, the surface of the plate being ribbed and the grooves of the plate located along the body, characterized in that the ribbed surface of the plate is able to periodically become smooth with the frequency of the resonant flexural-gravitational waves and be in that and other ohm states in a time equal to half the period of these waves.