RU2736204C1

RU2736204C1 - Method of ice cover destruction

Info

Publication number: RU2736204C1
Application number: RU2020111616A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2020-11-12

Abstract

FIELD: navigation in ice conditions.

SUBSTANCE: essence of invention consists in excitation of bending gravity waves in ice when underwater ship under ice moves with resonant speed. During movement, the ship is given negative buoyancy, and shifting the hull and stern horizontal rudders by positive angles of attack periodically with frequency of resonance bending gravity waves for a period of time equal to half of their period.

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

1 cl

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду.The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines, sailing in ice conditions and destroying the ice cover in a resonant way when surfacing in solid ice.

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ) определенной высоты, возбуждаемыми подводным судном при его движении подо льдом с резонансной скоростью, при этом во время движения судну придают отрицательную плавучесть и перекладывают рубочные и кормовые горизонтальные рули на положительные углы атаки для удержания судна на заданной глубине. Отрицательную плавучесть обеспечивают путем откачки балласта, например, из цистерн главного балласта, уравнительных, быстрого погружения, замещения и т.д. Поворотом рулей и балластом создают нулевую силу плавучести. Сопротивление воды движению судна возрастет, что увеличит высоту волн, т.е. повысит эффективность разрушения льда [1. RU 2194120 С2, 10.12.2002]. Способ разрушения ледяного покрова по описанию к патенту RU 2194119 выбран заявителем в качестве прототипа.The prior art is known from the method of breaking the ice cover by resonant flexural-gravity waves (IGW) of a certain height, excited by a submarine when it moves under the ice at a resonant speed, while during movement, the ship is given negative buoyancy and the cutting and stern horizontal rudders are shifted to positive angles attacks to keep the vessel at a given depth. Negative buoyancy is provided by pumping out ballast, for example, from main ballast tanks, equalizing, quick diving, replacement, etc. By turning the rudders and ballast, they create zero buoyancy. The water resistance to the movement of the vessel will increase, which will increase the height of the waves, i.e. will increase the efficiency of breaking ice [1. RU 2194120 C2, 10.12.2002]. The method of breaking the ice cover according to the description for patent RU 2194119 was chosen by the applicant as a prototype.

Недостатком способа является ограниченность высоты ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности, которая при резонансной скорости судна определяется заглублением и водоизмещением последнего [1].The disadvantage of this method is the limited height of the IGV, i.e. their ice breaking capacity, which at the resonant speed of the vessel is determined by the depth and displacement of the latter [1].

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности разрушения ледяного покрова.The objective of the claimed invention is to improve the efficiency of destruction of the ice cover.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в увеличении высоты ИГВ при не меняющихся резонансной скорости и величины заглубления судна.The technical result achieved in the process of solving the problem is to increase the height of the IGW while the resonant speed and depth of the vessel do not change.

Существенные признаки, характеризующие изобретения.Essential features characterizing the invention.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью, при этом во время движения судну обеспечивают отрицательную плавучесть и перекладывают рубочные и кормовые горизонтальные рули на положительные углы атаки.Restrictive: a method of breaking the ice cover by a submarine, which consists in the excitation of flexural-gravity waves in the ice when it moves under the ice at a resonant speed, while during the movement the ship is provided with negative buoyancy and shifted the cutting and stern horizontal rudders to positive angles of attack.

Отличительные: отрицательную плавучесть и перекладывание рубочных и кормовых горизонтальных рулей на положительные углы атаки обеспечивают периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в течение времени равном половине их периода.Distinctive: negative buoyancy and shifting of the cutting and stern horizontal rudders to positive angles of attack are provided periodically with the frequency of resonant flexural-gravity waves for a time equal to half of their period.

Известно [2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с.], что приложение периодической динамической нагрузки к ледяному покрову с частотой равной частоте резонансных ИГВ значительно увеличивает деформации ледяного покрова 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 повышенного давления с частотой резонансных ИГВ, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных резонансных ИГВ.It is known [2. D.E. Heisin. Ice cover dynamics. - L .: Gidrometeoizdat, 1967. - 218 p.] That the application of a periodic dynamic load to the ice cover with a frequency equal to the frequency of the resonant IGW significantly increases the deformation of the ice cover in comparison with the load of the same intensity, but applied stationary. This is explained by the fact that resonant IGWs arise under such influences. Thus, if an additional area of increased 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.

Следовательно для достижения максимального периодического возрастания высоты суммарных ИГВ необходимо, чтобы время воздействия сил, возбуждающих дополнительные ИГВ, равнялось половине периода Т основных (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [2]:Therefore, in order 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 is equal to half the period T of the main (from the translational motion of the vessel) resonant IGW, 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 этом случае при перемещении льда вверх от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы также будут направлены вверх, а при перемещении льда вниз эти силы будут исчезать. Таким образом, длительность воздействия области повышенного давления на нижнюю поверхность льда будет равна полупериоду резонансных ИГВ, т.е. способствовать максимальному возрастанию высоты дополнительных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.In this case, when the ice moves upward from the additional IGWs that have arisen, the forces exciting them will also be directed upward, and when the ice moves downward, these forces will disappear. Thus, the duration of the effect of the high-pressure region on the lower ice surface will be equal to the half-period of the resonant IGW, i.e. contribute to the maximum increase in the height of additional IGVs. As a result, the most effective kind of additional ice buildup to the main IGW will arise.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

Под ледяным покровом на заданной глубине начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью. Если высота этих волн окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судну придают отрицательную плавучесть путем приема воды в балластные цистерны. Одновременно с этим рубочные и кормовые горизонтальные рули судна поворачивают на положительные углы атаки (в этом случае их подъемная сила будет направлена вниз) до значений, когда сила плавучести судна (архимедова сила) станет равной нулю. После этого судно продолжают перемещать подо льдом с резонансной скоростью и на заданной глубине. Сопротивление воды его движению возрастет, что увеличит высоту возбуждаемых ИГВ, т.е. их ледоразрушающую способность. Если и это не приведет к разрушению ледяного покрова, то отрицательную плавучесть и перекладывание рубочных и кормовых горизонтальных рулей на положительные углы атаки обеспечивают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени равном половине их периода. После чего отрицательную плавучесть также с помощью балластных цистерн устраняют, а горизонтальные рули возвращают в исходное положение. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, накладывающихся на основные ИГВ. В результате интерференции этих волн их суммарная высота будет периодически возрастать, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова. Изобретение не нуждается в графическом пояснении.Under the ice cover at a given depth, the submarine begins to move at a resonant speed. If the height of these waves turns out to be insufficient to break the ice cover, then the vessel is imparted negative buoyancy by receiving water into the ballast tanks. At the same time, the cutting and stern horizontal rudders of the vessel are turned to positive angles of attack (in this case, their lifting force will be directed downward) until the values when the buoyancy force of the vessel (Archimedean force) becomes zero. Thereafter, the vessel continues to move under the ice at a resonant speed and at a given depth. The resistance of water to its movement will increase, which will increase the height of the excited IGWs, i.e. their ice breaking capacity. If this does not lead to the destruction of the ice cover, then negative buoyancy and the shifting of the cutting and stern horizontal rudders to positive angles of attack are provided periodically with the frequency of resonant IGW for a time equal to half of their period. After that, negative buoyancy is also eliminated with the help of ballast tanks, and the horizontal rudders are returned to their original position. 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 total height will periodically increase, which will increase the efficiency of breaking the ice cover. The invention does not need a graphic explanation.

Claims

The method of breaking the ice cover by a submarine, which consists in the excitation of flexural-gravity waves in the ice when it moves under the ice with a resonant speed, while during the movement of the vessel, negative buoyancy is provided and the cutting and stern horizontal rudders are shifted to positive angles of attack, characterized in that negative buoyancy and shifting of the cutting and stern horizontal rudders to positive angles of attack are provided periodically with the frequency of resonant flexural-gravity waves for a time equal to half of their period.