RU2757138C1

RU2757138C1 - Ice breaker

Info

Publication number: RU2757138C1
Application number: RU2021105792A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2021-10-11

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-gravitational waves. On the surface of the bow end of the vessel, vibrators are installed, which are made with the possibility of periodically switching on with a frequency equal to the frequency of resonant flexural-gravitational waves for a time equal to half the period of these waves.

EFFECT: invention makes it possible to increase the thickness of the destroyed ice cover.

1 cl, 1 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 носовой оконечности судна для регулирования степени турбулентности пограничного слоя установлены турбулизаторы в виде вибраторов (1. патент RU 2353541 принят 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 bow of the vessel to regulate the degree of turbulence of the boundary layer, turbulators in the form of vibrators are installed (1. patent RU 2353541 is adopted 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 носовой оконечности судна установлены вибраторы. 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 vibrators are installed on the surface of the bow of the vessel.

Отличительные: вибраторы выполнены с возможностью включения периодически с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн на время, равное половине периода этих волн. Distinctive: vibrators are made with the possibility of switching on periodically with the frequency of resonant flexural-gravitational waves for a time equal to half the period of these waves.

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 IGWs, it is necessary that the time of action of the forces exciting additional IGWs be equal to half the period T of the main resonant IGWs, 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 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 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 посредством включения вибраторов [1]. Если и этого окажется недостаточно для разрушения льда, то вибраторы начинают включать периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине периода этих волн. 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 by turning on the vibrators [1]. If this is not enough to break the ice, then the vibrators begin to turn on periodically with the frequency of the resonant IGW for a time equal to half the period of these waves. 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 and, accordingly, in bending stresses in the ice cover, i.e. increase in the thickness of the destroyed ice.

Изобретение поясняется графически. The invention is illustrated graphically.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью х_р. Если высота возбуждаемых при этом ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда, то приводят в действие вибраторы 4, способные включаться периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине периода этих волн. Высота ИГВ 3 при этом возрастет до высоты ИГВ 5, что увеличит толщину разрушаемого льда.Under the ice cover 1 begin to move the underwater vessel 2 with a resonant speed x _p . If the height of the IGW 3 excited in this case turns out to be insufficient to break the ice, then vibrators 4 are activated, which can be switched on periodically with the frequency of the resonant IGW for a time equal to half the period of these waves. In this case, the height of the IGV 3 will increase to the height of the IGV 5, which will increase the thickness of the ice being destroyed.

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, vibrators are installed on the surface of the bow of the vessel, characterized in that the vibrators are made with the possibility of switching periodically at the frequency of resonant flexural-gravitational waves for a time equal to half the period of these waves.