RU2736191C1

RU2736191C1 - Method of ice cover destruction

Info

Publication number: RU2736191C1
Application number: RU2020109826A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Дмитрий Сергеевич Жуков
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-11-12

Abstract

FIELD: vessels and other watercrafts.

SUBSTANCE: invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarine vessels capable of destroying the continuous ice cover upon their ascent. Disclosed is method of ice cover destruction, which consists in attachment of vessel to ice by means of anchor and rope with subsequent filling of ballast tanks with outboard water. Then, by means of ship-mounted devices pre-installed in the ship ends, the ship is rotated about the vertical main axis of inertia and at the same time vertical pitching with frequency of resonant flexural-gravity waves (FGW) is imparted, at that, rope is attached to the ship at the point located on its rotation axis, and swivel is provided in the rope itself.

EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of ice breaking.

1 cl

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, способным разрушать сплошной ледяной покров при их всплытии. Известно техническое решение (1. RU 2651329 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, а затем осушают периодически с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, возбуждаемых в ледяном покрове динамическими нагрузками (2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967 - 218 с.), при этом длину троса выбирают из условий обеспечения прекращения погружения судна в момент достижения им максимальной вертикальной скорости.The invention relates to the field of shipbuilding, in particular, to submarine vessels capable of destroying continuous ice cover when they surface. Known technical solution (1. RU 2651329 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 and then drained periodically with a frequency equal to the frequency of resonant IGWs excited in the ice cover by dynamic loads (2. DE Kheisin. Ice cover dynamics. - L .: Gidrometeoizdat. 1967 - 218 s.) , while the length of the cable is selected from the conditions for ensuring the termination of the diving of the vessel at the moment it reaches its maximum vertical speed.

Недостатками решения являются недостаточная толщина разрушаемого льда и опасность маневрирования при его осуществлении.The disadvantages of this solution are the insufficient thickness of the destroyed ice and the danger of maneuvering during its implementation.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения ледоразрушающей способности и обеспечения безопасности эксплуатации судна.The essence of the invention lies in the development of a method for increasing the ice breaking capacity and ensuring the safety of the operation of the vessel.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова и повышении безопасности эксплуатации судна при его реализации.The technical result obtained during the implementation of the invention consists in increasing the thickness of the destroyed ice cover and increasing the safety of the ship during its implementation.

Существенные признаки, характеризующие изобретение Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова, заключающийся в прикреплении подводного судна ко льду посредством якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой.Essential features characterizing the invention Restrictive: a method of breaking the ice cover, which consists in attaching a submarine to the ice by means of an anchor and a cable, followed by filling the ballast tanks with seawater.

Отличительные: судну посредством предварительно установленных в оконечностях судна подруливающих устройств обеспечивают вращение вокруг вертикальной главной центральной оси инерции и одновременно сообщают вертикальную качку с частотой 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, by means of thrusters pre-installed at the ends of the ship, provide rotation around the vertical main central axis of inertia and at the same time give a vertical roll with the frequency of resonant flexural gravity waves, while the cable is attached to the ship at a point located on the axis of its rotation, and at the cable has a swivel.

Общеизвестно, что при качке корабля на поверхности воды неизбежно возбуждается система гравитационных волн. Поскольку природа возникновения этих волн и ИГВ в ледяном покрове одинакова (они возникают благодаря внешним динамическим нагрузкам и силам тяжести), то и при вертикальной качке подводного судна вблизи ледяного покрова с резонансной частотой во льду будут возникать резонансные ИГВ.It is well known that when a ship rolls on the surface of the water, a system of gravitational waves is inevitably excited. Since the nature of the occurrence of these waves and IGW in the ice cover is the same (they arise due to external dynamic loads and gravity forces), then during the vertical roll of a submarine near the ice cover with a resonant frequency, resonant IGW will appear in the ice.

Также известно [2], 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 таком режиме в ледяном покрове возникают резонансные ИГВ, т.е. волны с наибольшей амплитудой.It is also known [2] that the application of a periodic load to the ice cover with a frequency equal to the frequency of the resonant IGW significantly increases its deformation in comparison with the load of the same intensity, but applied stationary. This is explained by the fact that in such a regime 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 котором 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 пороховых зарядов якорь в сложенном состоянии с прикрепленным к нему тросом. 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 цистерны главного балласта. Судно приобретет отрицательную плавучесть и начнет натягивать якорный трос, создавая вертикальную нагрузку на лед.In the middle part 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 a vertical direction is fired, for example, with the help of powder charges, an anchor in a folded state with a cable attached to it. 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 open automatically (according to the principle of an opening umbrella) and it is attached to the ice. Then the main ballast tanks are filled with seawater. The vessel will acquire negative buoyancy and will begin to pull the anchor line, creating a vertical load on the ice.

Если при этом ледяной покров не разрушится, то судну посредством предварительно установленных в оконечностях судна подруливающих устройств обеспечивают вращение вокруг 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 теоретически. Вращение осуществляют с максимально возможной угловой скоростью, т.е. при полном использовании мощности подруливающих устройств. Предусмотренный в тросе вертлюг не допустит его скручивания, 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 разрушение ледяного покрова, то судну, например при помощи цистерн вспомогательного балласта или горизонтальных рулей, сообщают вертикальную качку с частотой резонансных НТВ. Очевидно, что вертикальная раскачка судна с резонансной частотой вследствие возбуждения ИГВ максимальной амплитуды приведет к дополнительному периодическому росту изгибных напряжений в ледяном покрове, что позволит достичь заявленный технический результат.If at the same time the ice cover does not collapse, then the vessel, by means of thrusters pre-installed at the ends of the vessel, is provided with rotation around the 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 is maximum). The parameters of the thrusters providing such a mode are determined in advance by conducting appropriate experiments or theoretically. 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 prevent it from 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 ship, for example, with the help of tanks for auxiliary ballast or horizontal rudders, is reported to roll with the frequency of resonant NTV. Obviously, the vertical swing of the vessel with a resonant frequency due to the excitation of the IGW of the maximum amplitude will lead to an additional periodic increase in bending stresses in the ice cover, which will make it possible to achieve the claimed technical result.

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

Claims

A method of breaking the ice cover, which consists in attaching a submarine to the ice by means of an anchor and a cable, followed by filling the ballast tanks with sea water, characterized in that the ship, by means of thrusters pre-installed at the ends of the vessel, provides rotation around the vertical main central axis of inertia and simultaneously provides vertical rolling with the frequency of resonant flexural-gravitational 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.