RU2732175C1

RU2732175C1 - Method of ice cover destruction

Info

Publication number: RU2732175C1
Application number: RU2020113000A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2020-09-14

Abstract

FIELD: ship building.SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding, particularly to submarine vehicles which break up ice cover using a resonance method. Disclosed is method of ice cover destruction, consisting in submarine excitation in ice of resonant flexural-gravity waves, at which on the ship hull on the upper surface of its fore end elastic cover is installed, which periodically with frequency of resonance flexural-gravity waves is closed and exposed by means of the screen 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, 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.: 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 that destroy the ice cover by the resonance method (1. Kozin VM Resonant method of breaking the ice cover. Inventions and experiments / M .: Publishing house "Academy of Natural Science", 2007.- 355 pp. ISBN 978-5-91327-017-7).

Известно техническое решение, принятое в качестве прототипа (2. RU 2231466 С1, 27.06.2004), в котором для разрушения ледяного покрова путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) используется подводное судно. На верхней поверхности его корпуса в носовой оконечности устанавливают упругое покрытие.Known technical solution, adopted as a prototype (2. RU 2231466 C1, 27.06.2004), in which for the destruction of the ice cover by excitation of resonant flexural gravity waves (IGW) in the ice, a submarine is used. An elastic coating is installed on the upper surface of its body in the bow end.

Недостатком решения является недостаточная амплитуда возбуждаемых им ИГВ, т.е. его ледоразрушающая способность. The disadvantage of this solution is the insufficient amplitude of the IGW excited by it, i.e. its ice breaking capacity.

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

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном.The technical result obtained during the implementation of the invention is to increase the efficiency of ice destruction by a submarine.

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

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн, при котором на корпусе судна на верхней поверхности его носовой оконечности устанавливают упругое покрытие.Restrictive: a method of breaking the ice cover by a submarine by exciting resonant flexural-gravitational waves in the ice, in which an elastic cover is installed on the hull of the vessel on the upper surface of its bow.

Отличительные: покрытие периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн закрывают и обнажают при помощи экрана на время, равное половине периода этих волн.Distinctive: the coating is periodically covered with the frequency of resonant flexural-gravitational waves and exposed with a screen for a time equal to half the period of these waves.

Известно (3. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. - Л.: Судостроение, 1998. - 288 с.), что практически на всей судовой поверхности при движении судна формируется турбулентный пограничный слой. Если же на каком-либо участке поверхности ламинизировать режим обтекания, 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 способов перевода турбулентного режима в ламинарный является размещение на поверхности корпуса судна упругого покрытия (см. [3] на стр.95). It is known (3. Voytkunsky Ya.I. Resistance to ship traffic. - L .: Sudostroenie, 1998. - 288 p.) That a turbulent boundary layer is formed practically on the entire ship surface during the movement of the ship. If, on any part of the surface, the flow regime is laminated, then this will lead to an increase in the speed of movement of liquid particles in this area, which, in turn, in accordance with Bernoulli's law, will lead to a decrease in pressure in this place. One of the ways to convert the turbulent regime into a laminar one is to place an elastic coating on the surface of the ship's hull (see [3] on page 95).

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 носовой оконечности, 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 ее глубины и соответствующий рост изгибных напряжений в ледяной пластине. В свою очередь, это повысит эффективность разрушения льда подводным судном.It is shown in [1] that the origin of the IGW system occurs directly above its source (submarine). Therefore, the disturbances introduced into the flow in the area of IGW generation will have a direct impact on the process of their development. Since the first depression of progressive IGW is formed above the ship's hull [1] at the bow end, it becomes possible to influence the reaction of the elastic foundation (water) from deformation of the ice cover within the vessel's length. Obviously, this impact should be aimed at reducing the force of maintaining water in the area of the IGW depression, because a decrease in pressure in this place will cause an increase in its depth and a corresponding increase in bending stresses in the ice plate. In turn, this will increase the efficiency of ice breaking by the submarine.

Также известно (4. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с.), что периодическое приложение нагрузки к ледяному покрову с частотой 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. Таким образом, если под ледяным покровом периодически создавать дополнительную область пониженного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Для их благоприятной интерференции, т.е. достижения максимального периодического возрастания высоты суммарных ИГВ, необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [4]:It is also known (4. D.E. Kheisin. Dynamics of ice cover. - L .: Gidrometeoizdat, 1967. - 218 p.) That the periodic application of a load to the ice cover with the frequency of resonant IGW significantly increases its deformation in comparison with the same intensity by load, but applied stationary. This is explained by the fact that resonant IGWs arise under such influences. Thus, if an additional area of low pressure is periodically created under the ice cover with the frequency of resonant IGWs, this will lead to the excitation of additional resonant IGWs in the ice cover to the main ones (from the ship's translational motion). For their favorable interference, i.e. to achieve the maximum periodic increase in the height of the total IGW, it is necessary that the time of action of the forces exciting additional IGW was equal to half the period T of the main resonant IGW, the value of which can be determined from the dependence [4]:

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 этом случае при перемещении льда вниз от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вниз, а при перемещении льда вверх эти силы будут исчезать. Таким образом, длительность воздействия области пониженного давления на нижнюю поверхность льда в области подошвы ИГВ будет равна полупериоду резонансных ИГВ, т.е. способствовать максимальному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.In this case, when the ice moves downward from the additional IGWs that have arisen, the forces that excite them will also be directed downward, and when the ice moves upward, these forces will disappear. Thus, the duration of the effect of the low-pressure area on the lower ice surface in the region of the IGW base will be equal to the half-period of the resonant IGW, i.e. contribute to the maximum periodic increase in the height of the total IGW. As a result, the most effective kind of additional ice buildup to the main IGW will arise.

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

В носовой оконечности судна на его верхней поверхности в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ устанавливают упругое покрытие. При движении судна с резонансной скоростью V_p возникнут резонансные ИГВ, первая впадина которых окажется над участком судовой поверхности с упругим покрытием. Движение судна с Vp будет неизбежно сопровождаться формированием турбулентного пограничного слоя на всей его поверхности, кроме участка, покрытого упругим слоем. В этом месте частицы жидкости начнут двигаться с большей средней скоростью (возрастет полнота эпюры скоростей в пограничном слое), что приведет к понижению давления и, соответственно, увеличению глубины впадины ИГВ, т.е. их амплитуды. В результате повысятся изгибные напряжения в ледяном покрове и эффективность его разрушения. Если и это не приведет к разрушению льда, то упругое покрытие периодически с частотой резонансных ИГВ начинают закрывать и обнажать при помощи экрана (например, по принципу «шкаф-купе») на время, равное половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, накладывающихся на основные ИГВ. В результате интерференции этих волн их амплитуда, соответственно, и изгибные напряжения, будут периодически возрастать, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова.An elastic coating is installed in the bow of the vessel on its upper surface in the most probable location of the first IGV depression. When the ship moves with a resonant speed V _p, resonant IGWs will appear, the first depression of which will be above the section of the ship's surface with an elastic coating. The movement of the vessel with Vp will inevitably be accompanied by the formation of a turbulent boundary layer on its entire surface, except for the area covered with an elastic layer. At this point, the fluid particles will begin to move with a higher average velocity (the completeness of the velocity diagram in the boundary layer will increase), which will lead to a decrease in pressure and, accordingly, an increase in the depth of the IGW depression, i.e. their amplitudes. As a result, bending stresses in the ice cover and the efficiency of its destruction will increase. If this does not lead to the destruction of ice, then the elastic coating periodically with the frequency of resonant IGWs begins to be closed and exposed using a screen (for example, according to the “wardrobe” principle) for a time equal to half the period of these waves. This will lead to the excitation of additional resonant IGWs superimposed on the main IGWs. As a result of the interference of these waves, their amplitude and, accordingly, bending stresses will periodically increase, which will increase the efficiency of breaking the ice cover.

Изобретение поясняется графически.The invention is illustrated graphically.

В носовой части 1 судна 2 устанавливают упругое покрытие 3, например виниловое. При движении судна со скоростью V_p первая впадина ИГВ 5 окажется над покрытием 3 на поверхности судна 1, которое периодически с частотой резонансных ИГВ закрывают и обнажают на время, равное половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ 4, накладывающихся на основные ИГВ 5. В результате интерференции этих волн их суммарная высота будет периодически возрастать до ИГВ 6, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова.In the bow 1 of the vessel 2, an elastic covering 3, such as vinyl, is installed. When the vessel moves at a speed V _{p, the} first depression of the IGW 5 will be above the coating 3 on the surface of the vessel 1, which is periodically closed and exposed at the frequency of resonant IGW for a time equal to half the period of these waves. This will lead to the excitation of additional resonant IGW 4, superimposed on the main IGW 5. As a result of the interference of these waves, their total height will periodically increase up to IGW 6, which will increase the efficiency of destruction of the ice cover.

Claims

A method of breaking the ice cover by a submarine by exciting resonant flexural-gravitational waves in the ice, in which an elastic coating is installed on the ship's hull on the upper surface of its bow end, characterized in that the coating is periodically closed and exposed with a screen at the frequency of resonant flexural-gravitational waves for a time equal to half the period of these waves.