RU2755423C1

RU2755423C1 - Device for ice cover destruction

Info

Publication number: RU2755423C1
Application number: RU2021105790A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2021-09-15

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines that destroy the ice cover by the resonance method. A device for breaking the ice cover is proposed, which is a submarine capable of moving under the ice at a resonant speed and exciting resonant flexural gravity waves (FGW). On the surface of the hull of the ship, at its bow, a boundary layer turbulizer is installed in the form of an end plate extending from the hull. The turbulator is made with the ability to periodically, with a frequency equal to the frequency of the resonant FGW, move out of the hull of the ship for a time equal to half the period of these waves, and slide into it.

EFFECT: increasing the efficiency of breaking the ice cover.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным методом.The invention relates to the field of shipbuilding, in particular, to submarines, floating in ice conditions and destroying the ice cover by the resonance method.

Известно устройство для разрушения ледяного покрова в виде подводного судна, способного перемещаться подо льдом с резонансной скоростью и возбуждать резонансные ИГВ. На поверхности судна в его носовой оконечности установлен турбулизатор пограничного слоя в виде выдвигающейся из его корпуса торцевой шайбы (1. RU 2353542 принят автором и заявителем за прототип).Known device for breaking the ice cover in the form of an underwater vessel capable of moving under the ice at a resonant speed and excite resonant IGW. On the surface of the vessel, at its bow end, a boundary layer turbulator is installed in the form of an end plate extending from its body (1. RU 2353542 is adopted by the author and the applicant as a prototype).

Недостатком известного устройства является ограниченность высоты возбуждаемых с его помощью ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности.The disadvantage of the known device is the limited height of the IGV excited with its help, i.e. their ice breaking capacity.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, увеличивающего высоту возбуждаемых ИГВ.The essence of the invention lies in the development of a device that increases the height of the excited IGV.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова. The technical result obtained during the implementation of the invention consists in increasing the thickness of the destroyed ice cover.

Существенные признаки, характеризующие изобретение:Essential features characterizing the invention:

Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, представляющее собой подводное судно, способное перемещаться подо льдом с резонансной скоростью и возбуждать резонансные ИГВ, при этом на поверхности корпуса судна установлен турбулизатор в виде выдвигающейся из носовой оконечности корпуса судна торцевой шайбы.Restrictive: a device for breaking the ice cover, which is a submarine capable of moving under the ice at a resonant speed and exciting resonant IGW, while a turbulator is installed on the surface of the ship's hull in the form of an end plate extending from the bow of the ship's hull.

Отличительные: турбулизатор выполнен с возможностью периодически с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, выдвигаться из корпуса судна на время, равное половине периода этих волн, и задвигаться в него. Distinctive: the turbulator is made with the ability to periodically, with a frequency equal to the frequency of resonant flexural-gravitational waves, move out of the ship's hull for a time equal to half the period of these waves, and slide into it.

Известно (2. 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 повышенного 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 [2]:It is known (2. 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 load, but applied stationary. This is explained by the fact that, under such influences, resonant IGWs arise. 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 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 [2]:

где: D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины; с_л - плотность льда; h - толщина ледяного покрова; g - ускорение силы тяжести.where: D is the cylindrical stiffness of the ice plate; with _l - ice density; h is the thickness of the ice cover; g - 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 в области вершины ИГВ будет равна половине периода 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 upward from the additional IGWs that have arisen, the forces that excite 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 in the region of the IGW top will be equal to half the 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 to the main IGW buildup of the ice cover will arise.

Устройство работает следующим образом. Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то во время движения судна повышают степень турбулентности его пограничного слоя [1]. Для этого при помощи механизма, предварительно установленного в носовой оконечности судна, из его корпуса выдвигают торцевую шайбу (торообразное тело). Если и этого окажется недостаточно для разрушения льда, то турбулизатор периодически с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, выдвигается из корпуса судна на время, равное половине периода этих волн, и задвигается в него. В результате к основным ИГВ, возбуждаемых от поступательного движения судна, возникнет дополнительная система резонансных ИГВ. Наложение этих волн на основные приведет к периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ и, соответственно, - изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. увеличению толщины разрушаемого льда. The device works as follows. Under the ice cover, the submarine begins to move at a resonant speed. If the height of the IGW excited in this case turns out to be insufficient for the destruction of ice, then during the movement of the vessel the degree of turbulence of its boundary layer is increased [1]. To do this, with the help of a mechanism previously installed in the bow of the vessel, an end plate (toroidal body) is pulled out of its hull. If this is not enough to break the ice, then the turbulator periodically, with a frequency equal to the frequency of the resonant IGW, moves out of the ship's hull for a time equal to half the period of these waves, and slides into it. As a result, an additional system of resonant IGWs will arise in addition to the main IGWs excited from the ship's translational motion. The imposition of these waves on the main ones will lead to a periodic increase in the height of the total IGW and, accordingly, in bending stresses in the ice cover, i.e. increase in the thickness of the destroyed ice.

Изобретение поясняется графически, где: на фиг.1 показан вид устройства сбоку; на фиг.2 – вид А на фиг.1. The invention is illustrated graphically, where: figure 1 shows a side view of the device; figure 2 - view A in figure 1.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью ν_p. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда, то при помощи механизма 4 выдвигают торцевую шайбу 5. При этом величина ее выдвига L будет влиять на увеличение высоты ИГВ 6. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда, то во время движения судна повышают степень турбулентности его пограничного слоя. Для этого при помощи механизма 4, предварительно установленного в носовой оконечности судна, из его корпуса выдвигают торцевую шайбу 5 (турбулизатор в виде торообразного тела [1]). Если и этого окажется недостаточно для разрушения льда, то турбулизатор 5 периодически с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, выдвигается из корпуса судна на время, равное половине периода этих волн и задвигается в него. В результате к основным ИГВ, возбуждаемых от поступательного движения судна, возникнет дополнительная система резонансных ИГВ. Наложение этих волн на основные приведет к периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ 6 и, соответственно, - изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. повышению эффективности его разрушения. Если высота ИГВ 6 окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова 1, то величину выдвига L турбулизатора 5 увеличивают, а движение судна 2 возобновляют. Under the ice cover 1 begin to move the underwater vessel 2 with a resonant speed ν _p . If the height of the IGV 3 excited in this case turns out to be insufficient for breaking the ice, then with the help of the mechanism 4, the end washer 5 is extended. In this case, the magnitude of its extension L will affect the increase in the height of the IGV 6. If the height of the IGW 3 excited in this case turns out to be insufficient for the destruction of ice, then during the movement of the vessel, the degree of turbulence of its boundary layer is increased. For this, with the help of the mechanism 4, previously installed in the bow end of the vessel, the end washer 5 (turbulizer in the form of a toroidal body [1]) is pulled out of its hull. If this is not enough to break the ice, then the turbulator 5 periodically, with a frequency equal to the frequency of the resonant IGW, moves out of the ship's hull for a time equal to half the period of these waves and slides into it. As a result, an additional system of resonant IGWs will appear in addition to the main IGWs excited from the ship's translational motion. The imposition of these waves on the main ones will lead to a periodic increase in the height of the total IGW 6 and, accordingly, bending stresses in the ice cover, i.e. increasing the efficiency of its destruction. If the height of the IGV 6 turns out to be insufficient for the destruction of the ice cover 1, then the value of the extension L of the turbulator 5 is increased, and the movement of the vessel 2 is resumed.

Claims

A device for breaking the ice cover, which is a submarine capable of moving under the ice at a resonant speed and excite resonant flexural-gravitational waves, while a turbulator is installed on the surface of the ship's hull in the form of an end plate extending from the bow of the ship's hull, characterized in that the turbulator made with the ability to periodically, with a frequency equal to the frequency of resonant flexural-gravitational waves, move out of the ship's hull for a time equal to half the period of these waves, and move into it.