RU2735556C1

RU2735556C1 - Method of ice cover destruction

Info

Publication number: RU2735556C1
Application number: RU2020109827A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Сергей Владимирович Радионов
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-11-03

Abstract

FIELD: shipbuilding.SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding, particularly, to underwater vessels destroying ice cover during surfacing. Ice cover is proposed to be destroyed by submarine by its attachment to ice by means of anchor and rope. Available onboard ballast tanks are filled with outboard water. Vessel using first installed in its ends auxiliary thrust devices at first providing rotation around its vertical main axis of inertia, and then its rotation is periodically stopped for a period of time equal to the period of resonant flexural-gravity waves, wherein the rope is attached to the ship at a point located on its axis of rotation, and in the rope there is a swivel.EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of ice breaking.1 cl

Description

Изобретение относится к области ледотехники, в частности, к подводным судам, разрушающим ледяной покров при их всплытии в сплошном льду.The invention relates to the field of ice engineering, in particular, to submarines that destroy the ice cover when they surface in solid ice.

Известно техническое решение (1. RU 2651321 С1,), в котором ледяной покров предлагается разрушать подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса. Имеющиеся на судне балластные цистерны заполняют забортной водой, тем самым обеспечивая создание отрицательной силы плавучести. Под ледяным покровом на якорном тросе установлен нагревательный элемент. В результате его включения подо льдом в месте установки якоря возникнет область воды с повышенной температурой, т.е. с меньшей ее плотностью. Прогибы ледяного покрова возрастут, что увеличит изгибные напряжения во льду, а значит, и толщину разрушаемого льда при неизменной отрицательной силе плавучести.Known technical solution (1. RU 2651321 C1,), in which the ice cover is proposed to be destroyed by a submarine by attaching it to the ice with an anchor and a cable. The ballast tanks available on the ship are filled with seawater, thereby creating a negative buoyancy force. A heating element is installed under the ice cover on the anchor cable. As a result of its activation under the ice at the place where the anchor is installed, an area of water with an increased temperature will appear, i.e. with its lower density. The deflections of the ice cover will increase, which will increase the bending stresses in the ice, and, hence, the thickness of the ice being destroyed, with a constant negative buoyancy force.

Недостатком решения является его низкая эффективность из-за высокой теплоемкости воды и незначительного изменения ее плотности при нагревании.The disadvantage of this solution is its low efficiency due to the high heat capacity of water and a slight change in its density when heated.

Сущность изобретения заключается в разработке способа, позволяющего увеличить прогибы льда.The essence of the invention lies in the development of a method to increase the deflections of the ice.

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

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

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой.Restrictive: a method of breaking the ice cover by a submarine by attaching it to the ice using an anchor and a rope, followed by filling the ballast tanks with seawater.

Отличительные: судну при помощи предварительно установленных в его оконечностях подруливающих устройств в начале обеспечивают вращение вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции, а затем его вращение периодически останавливают в течение времени, равном периоду резонансных изгибно-гравитационных волн, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, а в самом тросе предусмотрен вертлюг.Distinctive: the ship, with the help of thrusters pre-installed at its ends, at the beginning is provided with rotation around its vertical main central axis of inertia, and then its rotation is periodically stopped for a time equal to the period of resonant flexural-gravitational waves, while the cable is attached to the ship at a point located on the axis of its rotation, and a swivel is provided in the cable itself.

Известно (2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967 - 218 с.), что приложение периодической нагрузки к ледяному покрову с периодом, равным периоду резонансных ИГВ, значительно увеличивает его деформации по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при такой нагрузке в ледяном покрове возникают резонансные ИГВ, т.е. волны с наибольшей амплитудой.It is known (2. DE Kheisin. Ice cover dynamics. - L .: Gidrometeoizdat. 1967 - 218 p.) That the application of a periodic load to the ice cover with a period equal to the period of resonant IGW significantly increases its deformation compared to the same intensity load, but applied stationary. This is explained by the fact that under such a load, resonant IGWs appear in the ice cover, i.e. waves with the greatest amplitude.

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

В средней части судна выполняют контейнер, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом. При возникновении необходимости всплытия судно подвсплывает на безопасное заглубление 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 заполняют балластные цистерны. Судно приобретет отрицательную плавучесть и начнет натягивать якорный трос, создавая при этом вертикальную нагрузку на лед. Если при полном заполнении балластных цистерн под якорем не произойдет разрушения ледяного покрова, то включают подруливающие устройства. Судно начнет вращаться вокруг его вертикальной главной центральной оси инерции, что обеспечит его устойчивое вращение (ось вращения не будет отклоняться от вертикали, т.е. энергозатраты на вращение будут минимальными, а вертикальная составляющая силы натяжения троса - максимальной). Параметры подруливающих устройств, обеспечивающих такой режим, определяются предварительно путем проведения соответствующих экспериментов или расчетов. Вращение осуществляют с максимально возможной угловой скоростью, т.е. при полном использовании мощности подруливающих устройств. Предусмотренный в тросе вертлюг будет устранять его скручивание, при этом трос прикрепляют к судну в точке, расположенной на оси его вращения, что также будет способствовать обеспечению устойчивости вращения судна (недопущению отклонения троса от вертикального положения). Неизбежно возникающие при этом за счет увлекаемых корпусом судна во вращательное движение масс воды ее центробежные силы инерции вызовут появление подо льдом области пониженного давления с максимумом разряжения на оси вращения судна, т.е. под установленным якорем. Понижение давления вызовет соответствующий рост изгибных напряжений в ледяном покрове. Если и это не вызовет разрушения ледяного покрова, то вращение судна периодически останавливают в течение времени, равном периоду резонансных ИГВ [2], а затем, по истечении такого же промежутка времени, вращение судна возобновляют. Таким образом, под ледяным покровам будет периодически с резонансной частотой возникать и исчезать область повышенного давления, что, соответственно, в дополнение к возникающей от вращения судна области пониженного давления приведет к возбуждению резонансных ИГВ, периодически увеличивающих суммарные изгибные напряжения во льду, т.е. позволит достичь заявленный технический результат.In the middle of the ship, a container is made, in which an anchor with a cable is laid in a folded state. If there is a need to ascend, the vessel floats to a safe depth and stops. 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 ballast tanks are filled with seawater. The vessel will acquire negative buoyancy and will begin to pull the anchor line, thus creating a vertical load on the ice. If the ice cover does not break when the ballast tanks are fully filled under the anchor, the thrusters are turned on. The vessel will begin to rotate around its vertical main central axis of inertia, which will ensure its stable rotation (the axis of rotation will not deviate from the vertical, i.e., the energy consumption for rotation will be minimal, and the vertical component of the cable tension force will be maximal). The parameters of the thrusters providing such a mode are determined in advance by conducting appropriate experiments or calculations. Rotation is carried out with the maximum possible angular velocity, i.e. with full use of the power of the thrusters. The swivel provided in the cable will eliminate its twisting, while the cable is attached to the vessel at a point located on the axis of its rotation, which will also help to ensure the stability of the rotation of the vessel (preventing the cable from deviating from the vertical position). The centrifugal forces of inertia inevitably arising in this case due to the water masses carried away by the hull in the rotational motion of the water masses will cause the appearance under the ice of an area of low pressure with a maximum vacuum on the axis of rotation of the vessel, i.e. under the installed anchor. A decrease in pressure will cause a corresponding increase in bending stresses in the ice cover. If this does not cause the destruction of the ice cover, then the rotation of the vessel is periodically stopped for a time equal to the period of the resonant IGV [2], and then, after the same period of time, the rotation of the vessel is resumed. Thus, an area of increased pressure will periodically appear and disappear under the ice cover with a resonant frequency, which, accordingly, in addition to the area of reduced pressure arising from the rotation of the vessel, will lead to the excitation of resonant IGWs, periodically increasing the total bending stresses in the ice, i.e. will allow achieving the stated technical result.

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

Claims

A method of destroying the ice cover by a submarine by attaching it to the ice using an anchor and a cable, followed by filling the ballast tanks with sea water, characterized in that the vessel is first provided with rotation around its vertical main central axis of inertia with the help of thrusters pre-installed at its ends, and then its rotation is periodically stopped for a time equal to the period of resonant flexural gravity waves, while the cable is attached to the vessel at a point located on the axis of its rotation, and a swivel is provided in the cable itself.