RU2763625C1

RU2763625C1 - Method for breaking the ice cover

Info

Publication number: RU2763625C1
Application number: RU2021125035A
Authority: RU
Inventors: Константин Александрович Шишмарев; Рудольф Александрович Вирц
Priority date: 2021-08-23
Filing date: 2021-08-23
Publication date: 2021-12-30

Abstract

FIELD: shipbuilding.SUBSTANCE: invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines that destroy the ice cover by resonant flexural gravity waves (FGW). The method of destruction of the ice cover by a submarine consists in the excitation of FGW in the ice when the vessel moves under the ice at a resonant speed. During movement, hydrodynamic vortices are formed in the bow and stern ends of the vessel by suction of water from the area with minimum pressure arising on the upper surface in the middle of the ship's hull. During the movement of the vessel, the direction of rotation of the vortices is periodically reversed with a doubled frequency of the resonant FGW, the duration of the change in the direction of rotation of the vortices should be equal to half the period of the resonant FGW.EFFECT: increased efficiency of destruction of 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 (1. В.М. Козин. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Академия Естествознания. 2007. 355 с., см. с. 5-9. ISBN 978-5-91327-017-7).The invention relates to the field of shipbuilding, in particular, to submarines, sailing in ice conditions and destroying the ice cover by the resonance method (1. V.M. Kozin. Resonant method of breaking the ice cover. Inventions and experiments. M .: Academy of Natural Sciences. 2007. 355 pp., see pp. 5-9, ISBN 978-5-91327-017-7).

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова, заключающегося в возбуждении во льду ИГВ при движении судна подо льдом с резонансной скоростью. Во время движения судна в его носовой и кормовой оконечностях формируют гидродинамические вихри поредством отсоса воды из области с минимальным давлением, возникающей на верхней поверхности в средней части корпуса судна (2. RU 2233227 С2, принят за прототип).The prior art is known from a method for destroying the ice cover, which consists in excitation of the IGW in the ice when the vessel moves under the ice at a resonant speed. During the movement of the vessel in its fore and aft ends, hydrodynamic vortices are formed by suction of water from the area with a minimum pressure that occurs on the upper surface in the middle part of the hull (2. RU 2233227 C2, taken as a prototype).

Недостатком способа является ограниченность высоты ИГВ, т.е. их ледоразрушающей способности.The disadvantage of this method is the limited height of the IGV, i.e. their ice-breaking ability.

Сущность изобретения заключается в разработке способа, увеличивающего высоту ИГВ, возбуждаемых при движении подводного судна.The essence of the invention lies in the development of a method that increases the height of the IGV, excited by the movement of the underwater vessel.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого льда.The technical result obtained in the implementation of the invention is to increase the thickness of the destroyed ice.

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

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн и формирования в носовой и кормовой оконечностях гидродинамических вихрей посредством отсоса воды из области с минимальным давлением, возникающей на верхней поверхности в средней части корпуса судна,Restrictive: a method of destroying the ice cover by an underwater vessel by excitation of resonant flexural-gravity waves in the ice and the formation of hydrodynamic vortices in the bow and stern ends by sucking water from the area with minimum pressure that occurs on the upper surface in the middle part of the ship's hull,

Отличительные: в процессе движения судна периодически с удвоенной частотой резонансных ИГВ изменяют направление вращения вихрей на противоположные, продолжительность изменения направления вращения вихрей при этом должна быть равна половине периода резонансных ИГВ.Distinctive: during the ship's motion, the direction of rotation of the vortices is periodically reversed with a doubled frequency of the resonant IGWs, the duration of the change in the direction of rotation of the vortices should be equal to half the period of the resonant IGWs.

Известно (3. Г.Е. Павленко. Сопротивление воды движению судов. М.: Морской траспорт. 1956. - 507 с., см. с. 165), что волновое сопротивление судна напрямую зависит от относительной скорости обтекания его корпуса набегающим потоком. Возникновение на верхней поверхности корпуса судна гидродинамических вихрей изменит (увеличит или уменьшит) эти скорости в зависимости от их направления. Таким образом, изменение направлений вращения вихрей на противоположные будет приводить к изменению относительных скоростей их обтекания набегающим потоком. Это вызовет соответствующие изменения (увеличение или уменьшение) волнового сопротивления судна со сформированными вихрями, т.е. высоты возбуждаемых ИГВ и, соответственно, их ледоразрушающей способности.It is known (3. G.E. Pavlenko. Water resistance to the movement of ships. M .: Sea transport. 1956. - 507 p., see p. 165) that the wave resistance of a vessel directly depends on the relative velocity of the oncoming flow around its hull. The occurrence of hydrodynamic vortices on the upper surface of the ship's hull will change (increase or decrease) these velocities depending on their direction. Thus, a change in the directions of rotation of vortices to the opposite ones will lead to a change in the relative velocities of their flow around them by the oncoming flow. This will cause corresponding changes (increase or decrease) in the wave resistance of the vessel with the formed vortices, i.e. heights of excited IGWs and, accordingly, their ice-breaking capacity.

Также известно (4. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с., см. с. 136), 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 переменную гидродинамическую нагрузку 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 [4]:It is also known (4. D.E. Kheisin. Ice cover dynamics. - L .: Gidrometeoizdat, 1967. - 218 p., see p. 136) that the periodic application of a load to the ice cover with the frequency of resonant IGWs significantly increases its deformation compared with the same intensity load, but applied stationary. This is explained by the fact that resonant IGWs arise under such impacts. Thus, if a variable hydrodynamic load with the frequency of resonant IGWs is periodically created under the ice cover, this will lead to the excitation in the ice cover of additional to the main ones (from the forward motion of the vessel) resonant IGWs. 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 exposure to forces that excite additional IGWs be equal to half the period T of the main resonant IGWs, the value of which can be determined from the dependence [4]:

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 - density of ice; h is the thickness of the ice cover; g is the acceleration due to gravity.

Таким образом, длительность воздействия переменной гидродинамической нагрузки на нижнюю поверхность льда в области подошвы ИГВ будет равна полупериоду этих волн, т.е. способствовать максимальному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова.Thus, the duration of the impact of a variable hydrodynamic load on the lower surface of the ice in the region of the base of the IGW will be equal to the half-period of these waves, 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.

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

Под ледяным покровом начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью [1]. Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то при помощи входных каналов, расположенных в районе миделевой (средней) части, и выходных, расположенных в носовой и кормовой оконечностях судна, включением насосов, размещенных в соединяющих их водопроводах, формируют гидродинамические вихри. Благодаря этому высота возбуждаемых ИГВ возрастет что, соответственно, повысит величину изгибных напряжений в ледяной пластине, т.е. увеличит высоту возбуждаемых ИГВ. Если это не приведет к разрушению ледяного покрова, то в процессе движения судна периодически с удвоенной частотой резонансных ИГВ изменяют направление вращения вихрей на противоположные, продолжительность изменения направления вращения вихрей при этом должна быть равна половине периода этих волн. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, накладывающихся на основные ИГВ. В результате интерференции этих волн их суммарная амплитуда, соответственно, и изгибные напряжения будут периодически возрастать, что повысит эффективность разрушения ледяного покрова, т.е. позволит достичь заявленный технический результат.Under the ice cover, an underwater vessel begins to move at a resonant speed [1]. If the height of the excited IGWs is insufficient to destroy the ice, then with the help of the inlet channels located in the area of the midship (middle) part and the outlet channels located in the bow and stern ends of the vessel, by turning on the pumps located in the water pipes connecting them, hydrodynamic vortices are formed. Due to this, the height of the excited IGWs will increase, which, accordingly, will increase the magnitude of bending stresses in the ice plate, i.e. will increase the height of excited IGVs. If this does not lead to the destruction of the ice cover, then during the movement of the vessel, the direction of rotation of the vortices is periodically reversed with a double frequency of the resonant IGWs, the duration of the change in the direction of rotation of the vortices should be equal to half the period of these waves. 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 amplitude, respectively, and bending stresses will periodically increase, which will increase the efficiency of the destruction of the ice cover, i.e. will achieve the claimed technical result.

Схема реализации изобретения поясняется графически на фиг. 1 Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью V_p.Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда 1, то включают насосы 4, расположенные в водопроводах 5, которые соединяют входные каналы 6 (расположенные в средней части судна) и выходные 7 (расположенные в носовой и кормовой оконечностях судна). В результате возникнут гидродинамические вихри 8, что увеличит высоту от ИГВ 3 до ИГВ 9. Если этого окажется недостаточно для разрушения льда, то при помощи насосов 4 периодически с удвоенной частотой резонансных ИГВ изменяют направление вращения вихрей 8 на противоположные, продолжительность изменения направления вращения вихрей при этом должна быть равна половине периода этих волн. Благодаря этому высота ИГВ 9 будет периодически возрастать до ИГВ 10.The implementation scheme of the invention is illustrated graphically in FIG. 1 Under the ice cover 1 begin to move the underwater vessel 2 with a resonant speed V _p. If the height of the excited IGV 3 is insufficient to destroy the ice 1, then the pumps 4 are located in the water pipes 5, which connect the inlet channels 6 (located in the middle part of the vessel) and the outlet 7 (located in the bow and stern ends of the vessel). As a result, hydrodynamic vortices 8 will arise, which will increase the height from IGV 3 to IGV 9. If this is not enough to destroy the ice, then with the help of pumps 4, the direction of rotation of vortices 8 is periodically changed with a doubled frequency of the resonant IGV, the duration of the change in the direction of rotation of the vortices at this should be equal to half the period of these waves. Due to this, the height of IGV 9 will periodically increase to IGV 10.

Claims

A method for destroying the ice cover by an underwater vessel by excitation of resonant flexural-gravity waves in the ice and the formation of hydrodynamic vortices in the bow and stern ends by sucking water from the area with a minimum pressure that occurs on the upper surface in the middle part of the vessel's hull, characterized in that during movement vessels periodically change the direction of rotation of the vortices to the opposite ones with a doubled frequency of the resonant flexural-gravity waves, the duration of the change in the direction of rotation of the vortices should be equal to half the period of the resonant flexural-gravity waves.