RU2775045C1

RU2775045C1 - Method for breaking the ice cover

Info

Publication number: RU2775045C1
Application number: RU2022106582A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2022-06-27

Abstract

FIELD: navigation.

SUBSTANCE: invention relates to navigation in ice conditions, in particular, to underwater vessels navigating in conditions of continuous ice cover and destroying it by the resonance method. When it is implemented during the movement of the vessel, the outboard water is sucked into the vessel with the help of a water flow channel. Its water intake part is located in the upper part of the ship's plating at the location of the sole of the excited flexural-gravity waves, and the channel outlet is in the aft part of the vessel. Outboard water is sucked into the vessel due to the suction forces arising in the stern of the vessel from the operation of the propeller. The water flow channel is blocked and opened periodically with the frequency of resonant bending-gravity waves for a time equal to half of their period.

EFFECT: additional resonant bending-gravity waves excited during the use of the invention make it possible to increase the efficiency of the destruction of the ice cover.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к судоходству в ледовых условиях, в частности к подводным судам, плавающим в условиях сплошного ледяного покрова и разрушающим его резонансным методом (1. В.М. Козин. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Академия Естествознания.2007. 355с. ISBN 978-5-91327-017-7, см. с. 5-9).The invention relates to navigation in ice conditions, in particular to submarines, sailing in conditions of continuous ice cover and destroying it by the resonance method (1. V.M. Kozin. Resonant method of breaking the ice cover. Inventions and experiments. M .: Academy of Natural History. 2007. 355 pp. ISBN 978-5-91327-017-7, see pp. 5-9).

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающегося в возбуждении изгибно-гравитационных волн (ИГВ) во льду при его движении подо льдом с резонансной скоростью с одновременным отсосом забортной воды внутрь судна с помощью водопроточного канала. Его водозаборная часть располагается в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала - в кормовой части судна. Отсос забортной воды внутрь судна осуществляется за счет сил засасывания, возникающих в кормовой части судна от работы гребного винта (2. RU 2218289 C2 - принят за прототип).The prior art is known from a method for destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of flexural-gravity waves (IGW) in ice as it moves under the ice at a resonant speed with simultaneous suction of outboard water into the vessel using a water flow channel. Its water intake part is located in the upper part of the ship's plating at the location of the sole of the IGV, and the channel outlet is in the stern of the vessel. The suction of outboard water inside the vessel is carried out due to the suction forces arising in the stern of the vessel from the operation of the propeller (2. RU 2218289 C2 - taken as a prototype).

Недостатком решения является ограниченность его ледоразрушающей способности.The disadvantage of the solution is its limited ice-breaking ability.

Задачей изобретения является увеличение высоты возбуждаемых судном ИГВ.The objective of the invention is to increase the height of the IGVs excited by the vessel.

Технический результат заключается в увеличении толщины разрушаемого ледяного покрова.The technical result consists in increasing the thickness of the destructible ice cover.

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

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду ИГВ при его движении подо льдом с резонансной скоростью с одновременным отсосом забортной воды внутрь судна с помощью водопроточного канала, водозаборная часть которого располагается в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала - в кормовой части судна, при этом отсос забортной воды внутрь судна осуществляется за счет сил засасывания, возникающих в кормовой части судна от работы гребного винтаRestrictive: a method of destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of the IGW in the ice when it moves under the ice at a resonant speed with simultaneous suction of outboard water into the vessel using a water flow channel, the water intake part of which is located in the upper part of the ship's plating at the location of the IGW sole, and the outlet of the channel is in the aft part of the vessel, while the suction of outboard water into the vessel is carried out due to the suction forces arising in the aft part of the vessel from the operation of the propeller

Отличительные: водопроточный канал перекрывают и открывают периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода.Distinctive: the water flow channel is blocked and opened periodically with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half of their period.

Известно (3. Г. Шлихтинг. Теория пограничного слоя. М.: Наука. 1969. 744 с., см. с. 54), что отсос забортной воды увеличивает скорость обтекания корпуса в месте расположения водозаборной части канала. Если ее расположить под подошвой ИГВ, то в соответствии с законом Бернулли это приведет к уменьшению давления в этой области. Понижение давления под ледяным покровом в месте расположения подошвы ИГВ увеличит их высоту и, соответственно, уровень изгибных напряжений в ледяном покрове, т.е. ледоразрушающую способность судна.It is known (3. G. Schlichting. Theory of the boundary layer. M.: Nauka. 1969. 744 p., see p. 54) that the outboard water suction increases the flow velocity around the hull at the location of the water intake part of the channel. If it is placed under the sole of the IGV, then, in accordance with Bernoulli's law, this will lead to a decrease in pressure in this area. A decrease in pressure under the ice cover at the location of the base of the IGWs will increase their height and, accordingly, the level of bending stresses in the ice cover, i.e. ice breaking capacity of the vessel.

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 периодически с частотой резонансных ИГВ уменьшать давление подо льдом, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Очевидно, что для благоприятной интерференции этих волновых систем (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 the pressure under the ice is periodically reduced with the frequency of resonant IGWs, then this will lead to the excitation in the ice cover of additional to the main ones (from the forward motion of the ship) resonant IGWs. Obviously, for a favorable interference of these wave systems (a periodic increase in the height of the total IGWs), it is necessary that the time of action of the 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.

В этом случае при перемещении льда вниз от возникших дополнительных ИГВ возбуждающие их силы (от области пониженного давления) также будут направлены вниз, а при перемещении льда вверх эти силы будут исчезать, что будет способствовать росту высоты ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова, что приведет к увеличению изгибных напряжений в ледяном покрове и достижению заявленного технического результата.In this case, when the ice moves downward from the additional IGWs that have arisen, the forces that excite them (from the low pressure area) will also be directed downward, and when the ice moves upwards, these forces will disappear, which will contribute to an increase in the height of the IGW. As a result, the most effective kind of additional to the main IGW buildup of the ice cover will arise, which will lead to an increase in bending stresses in the ice cover and the achievement of the claimed technical result.

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

Под ледяным покровом 1 начинает движение подводное судно 2 с резонансной скоростью V_p. Если высота возбуждаемых ИГВ h₁ окажется недостаточной для разрушения льда, то открывают водопроточный канал 3, расположенный внутри судна 2. Водозаборная часть 6 канала располагается в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, а его выход 7 - в кормовой части судна. Работающий гребной винт 4 понизит давление в корме судна, что приведет к отсосу воды через канал 3, что увеличит скорость обтекания верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ. Если это не вызовет разрушения льда, то при помощи задвижки 5 водопроточный канал 3 перекрывают и открывают периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода. Это приведет к возбуждению резонансных ИГВ высотой h₃, что вызовет увеличение суммарной высоты ИГВ до значения h₂, т.е. повысит ледоразрушающую способность судна.Under the ice cover 1 starts the movement of the underwater vessel 2 with a resonant speed V _p . If the height of the excited IGV h ₁ is insufficient to break the ice, then open the water flow channel 3 located inside the vessel 2. The water intake part 6 of the channel is located in the upper part of the ship's plating at the location of the sole of the IGV, and its outlet 7 is in the stern of the vessel. The operating propeller 4 will lower the pressure in the stern of the ship, which will lead to the suction of water through the channel 3, which will increase the speed of the flow around the upper part of the ship's plating at the location of the sole of the IGV. If this does not cause ice destruction, then with the help of a valve 5, the water flow channel 3 is blocked and opened periodically with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half their period. This will lead to the excitation of resonant IGWs with height h ₃ , which will cause an increase in the total height of IGWs up to the value h ₂ , i.e. increase the ice breaking capacity of the vessel.

Claims

A method for destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of flexural-gravity waves in the ice when it moves under the ice at a resonant speed with simultaneous suction of outboard water into the vessel using a water flow channel, the water intake part of which is located in the upper part of the ship's plating at the location of the sole of the flexural - gravity wave, and the channel outlet is in the aft part of the vessel, while the outboard water is sucked into the vessel due to the suction forces arising in the aft part of the vessel from the operation of the propeller, characterized in that the water flow channel is blocked and opened periodically with a frequency of resonant bending -gravitational waves for a time equal to half their period.