RU2730783C1

RU2730783C1 - Device for destruction of ice cover

Info

Publication number: RU2730783C1
Application number: RU2019145696A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Вероника Павловна Назарова; Дмитрий Сергеевич Жуков
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-08-26

Abstract

FIELD: ship building.SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding, particularly to submarine vehicles which break up ice cover. Disclosed is a device for destruction of ice cover, consisting of an underwater vessel equipped with an anchor, diameter of opening of which should be greater than the length of the deckhouse, which provides attachment of the vessel to ice by means of a rope, and ballast cisterns. Point of the rope securing to the submarine should be aligned with the submarine displacement center. In ends of ship thrusters are installed, providing rotation of vessel around vertical axis with period equal to two periods of resonance flexural-gravity waves, at that, axis of vessel rotation must coincide with rope, in which swivel is provided.EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of ice breaking.1 cl

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров при всплытии.The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines that destroy the ice cover when surfacing.

Известно техническое решение (1. RU 2575911 С1), в котором ледяной покров при всплытии предлагается разрушать устройством, состоящим из подводного судна. Оно снабжено якорем, прикрепленным тросом к судну и выполненным с возможностью прикрепления ко льду, и балластными цистернами объемом, заполнение которых забортной водой обеспечивает возникновение отрицательной силы плавучести, точка крепления троса к судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна, при этом диаметр раскрытия лап якоря должен быть больше длины рубки суднаKnown technical solution (1. RU 2575911 C1), in which the ice cover when surfacing is proposed to be destroyed by a device consisting of an underwater vessel. It is equipped with an anchor, attached with a cable to the vessel and made with the possibility of attachment to ice, and ballast tanks with a volume, the filling of which with seawater ensures the emergence of negative buoyancy, the point of attachment of the cable to the vessel should coincide with the center of the volumetric displacement of the vessel, while the diameter of the opening of the legs anchors must be greater than the length of the deckhouse

Недостатком решения является ограниченность толщины разрушаемого льда, зависящей от объема балластных цистерн, т.е. запаса плавучести судна.The disadvantage of this solution is the limited thickness of the destroyed ice, which depends on the volume of ballast tanks, i.e. the buoyancy margin of the vessel.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, позволяющего увеличить разрушающую нагрузку.The essence of the invention lies in the development of a device that allows you to increase the breaking load.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности, т.е. увеличении толщины разрушаемого льда.The technical result obtained during the implementation of the invention consists in increasing the efficiency, i.e. increasing the thickness of the destroyed ice.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.Essential features that characterize the invention.

Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, прикрепленным тросом к судну якорем и выполненным с возможностью прикрепления ко льду, балластными цистернами, точка крепления троса к судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна, при этом диаметр раскрытия лап якоря должен быть больше длины рубки судна.Restrictive: a device for breaking the ice cover, consisting of an underwater vessel, an anchor attached to the vessel with a cable and made with the possibility of attachment to ice, ballast tanks, the point of attachment of the cable to the vessel should coincide with the center of the volumetric displacement of the vessel, while the diameter of the opening of the anchor legs should be greater than the length of the deckhouse.

Отличительные: в оконечностях судна установлены подруливающие устройства, обеспечивающие вращение судна вокруг вертикальной оси с периодом, равным половине периода резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом ось вращения судна должна совпадать с тросом, в котором предусмотрен вертлюг.Distinctive: thrusters are installed at the ends of the vessel, which ensure the rotation of the vessel around the vertical axis with a period equal to half the period of resonant flexural-gravity waves, while the axis of rotation of the vessel must coincide with the cable in which the swivel is provided.

Общеизвестно, что причиной волнообразования являются области повышенного давления, возникающие на судовой поверхности при его движении. Поэтому, если создать это давление за счет поступательного движения или вращения, например качки, судна, то вследствие возбуждения во льду изгибно-гравитационных волн (ИГВ) в нем возникнут изгибные напряжения.It is well known that the cause of wave formation are areas of increased pressure arising on the ship's surface during its movement. Therefore, if this pressure is created due to translational motion or rotation, for example, pitching, of a vessel, then due to the excitation of flexural-gravity waves (IGW) in the ice, bending stresses will arise in it.

Также известно (2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с.), что приложение периодической нагрузки к ледяному покрову с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, значительно увеличивает его деформации по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при таких воздействиях возникают резонансные ИГВ, т.е. волны с наибольшей амплитудой.It is also known (2. D.E. Kheisin. Dynamics of ice cover. - L .: Gidrometeoizdat, 1967. - 218 p.) That the application of a periodic load to the ice cover with a frequency equal to the frequency of resonant IGW significantly increases its deformation compared with the same intensity load, but applied stationary. This is explained by the fact that under such influences, resonant IGWs arise, i.e. waves with the greatest amplitude.

Таким образом, если подо льдом за счет вращения подводного судна вокруг вертикальной оси периодически создавать область повышенного давления с частотой, равной половине частоты резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове ИГВ с наибольшей интенсивностью.Thus, if an area of increased pressure with a frequency equal to half the frequency of resonant IGWs is periodically created under the ice due to the rotation of the submarine around the vertical axis, this will lead to the excitation of IGW in the ice cover with the highest intensity.

Очевидно, что для достижения максимального периодического возрастания амплитуды ИГВ необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих ИГВ носовой и кормовой оконечностями, равнялось двум периодам Т резонансных ИГВ (за один оборот они обе будут участвовать в создании гидродинамических нагрузок на одни и те же участки льда), величину которого можно определить по зависимости [2]Obviously, in order to achieve the maximum periodic increase in the IGW amplitude, it is necessary that the time of action of the forces exciting the IGW by the bow and stern extremities should be equal to two periods T of resonant IGW (in one revolution they both will participate in creating hydrodynamic loads on the same ice areas) , the value of which can be determined from the dependence [2]

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

В результате в дополнение к нагрузке от отрицательной силы плавучести к ледяному покрову будут периодически добавляться изгибные напряжения от возбуждаемых ИГВ.As a result, in addition to the load from the negative buoyancy force, bending stresses from the excited IGW will be periodically added to the ice cover.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is carried out as follows.

В средней части судна предварительно выполняют контейнер, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом, при этом точка крепления троса к судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна. В этом случае натяжение якорного троса не вызовет ни крена, ни дифферента судна. При возникновении необходимости всплытия судно приледняется на безопасном заглублении и останавливается. Затем из контейнера в вертикальном направлении выстреливается, например, при помощи порохового заряда якорь в сложенном состоянии. Для пробивания льда, т.е. для создания во льду лунки, может быть использована, например, струя кумулятивного заряда, установленного в головной части якоря. После выхода якоря из-подо льда его лапы автоматически раскрываются (по принципу раскрывающегося зонта), и он прикрепляется ко льду. Затем забортной водой заполняются балластные цистерны. Судно приобретает отрицательную плавучесть и начнет натягивать якорный трос, создавая при этом вертикальную нагрузку на лед. Если при полном заполнении балластных цистерн не произойдет разрушения ледяного покрова под якорем, то включают подруливающие устройства. Судно начнет вращаться вокруг вертикальной оси, совпадающей с якорным тросом. Предусмотренный в тросе вертлюг будет препятствовать его скручиванию. Возбуждаемые при этом резонансные ИГВ увеличат ледоразушающую нагрузку на лед. Поскольку диаметр раскрытия якоря больше длины рубки, то при последующем всплытии судна из-подо льда после частичного осушения балластных цистерн в образовавшейся майне рубка будет взаимодействовать только с битым льдом, который не будет оказывать значительное сопротивление при ее выходе из-подо льда. В результате будет достигнут заявленный технический результат.In the middle of the ship, a container is preliminarily made, in which an anchor with a cable is laid in a folded state, while the point of attachment of the cable to the ship must coincide with the center of the volumetric displacement of the ship. In this case, pulling the anchor line will not cause the boat to roll or trim. If there is a need to ascend, the vessel will ice at a safe depth and stop. Then from the container in the vertical direction is fired, for example, with the help of a powder charge, the anchor in the folded state. For breaking through ice, i.e. to create a hole in the ice, for example, a shaped charge jet installed in the head of the anchor can be used. After the anchor comes out from under the ice, its legs are automatically opened (like an opening umbrella), and it is attached to the ice. Then the ballast tanks are filled with seawater. The vessel acquires negative buoyancy and begins to pull the anchor line, thus creating a vertical load on the ice. If, when the ballast tanks are completely filled, the destruction of the ice cover under the anchor does not occur, then the thrusters are turned on. The vessel will begin to rotate around the vertical axis coinciding with the anchor line. The swivel provided in the cable will prevent it from twisting. The resonant IGWs excited in this case will increase the ice-breaking load on the ice. Since the diameter of the opening of the anchor is greater than the length of the deckhouse, then during the subsequent ascent of the vessel from under the ice after partial draining of the ballast tanks in the formed lane, the deckhouse will interact only with broken ice, which will not provide significant resistance when it emerges from under the ice. As a result, the declared technical result will be achieved.

Изобретение не нуждается в графическом пояснении.The invention does not need a graphic explanation.

Claims

A device for breaking the ice cover, consisting of an underwater vessel with a cable attached to the vessel with an anchor made with the possibility of attachment to ice, ballast tanks, the attachment point of the cable to the vessel should coincide with the center of the volumetric displacement of the vessel, while the diameter of the opening of the anchor legs should be larger the length of the ship's deckhouse, characterized in that thrusters are installed at the ends of the ship, which ensure the rotation of the ship around the vertical axis with a period equal to two periods of resonant flexural-gravitational waves, while the axis of rotation of the ship must coincide with the cable in which the swivel is provided.