RU2775904C1

RU2775904C1 - Method for breaking ice cover

Info

Publication number: RU2775904C1
Application number: RU2022106581A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2022-07-11

Abstract

FIELD: navigation.

SUBSTANCE: invention relates to navigation in ice conditions, in particular to underwater vessels floating in conditions of solid ice cover and breaking it by a resonance method. In the implementation, during the movement of the vessel, seawater is pumped inside the vessel, using a pump located in its water-flow channel. A water-intake part of the channel is located on the upper surface of the bow end of the vessel at the location of a sole of a flexural gravity wave, and an output of the channel is located on the aft end. Turning the pump on and off is performed periodically with a frequency of resonant flexural gravity waves for a time equal to half their period.

EFFECT: excitation in the ice of additional resonant flexural gravity waves, which will increase ice-breaking capability of a vessel.

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. 355 с. 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 solid 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, которое в ледяном покрове возбуждает изгибно-гравитационные волны (ИГВ) при движении с резонансной скоростью. Во время движения судна дополнительно осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в водопроточном канале судна, при этом его водозаборная часть располагается в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала - в кормовой части судна (2. RU 2137667 - принят за прототип).The prior art is known from a method for destroying an ice cover by an underwater vessel, which in the ice cover excites flexural gravity waves (IGWs) while moving at a resonant speed. During the movement of the vessel, the outboard water is additionally sucked into the vessel using a pump located in the water channel of the vessel, while its water intake is located in the upper part of the ship's plating at the location of the sole of the IGV, and the outlet of the channel is in the stern of the vessel (2. RU 2137667 - 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 ИГВ при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, во время его движения осуществляют отсос забортной воды внутрь судна с помощью насоса, расположенного в его водопроточном канале, при этом водозаборную часть канала располагают на верхней поверхности носовой оконечности судна в месте расположения подошвы ИГВ, а выход канала - в кормовой.Restrictive: a method of destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of the IGW when the vessel moves under the ice at a resonant speed; the surface of the bow of the vessel at the location of the sole of the IGV, and the exit of the channel - in the stern.

Отличительные: включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода.Distinctive: turning the pump on and off is carried out periodically with the frequency of resonant IGVs 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. Для достижения заявленного технического результата ее следует расположить под подошвой ИГВ. В соответствии с известным 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 rate around the hull at the location of the intake part of the channel. To achieve the claimed technical result, it should be placed under the sole of the IGV. In accordance with the well-known 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 начинают перемещать подводное судно с резонансной скоростью [1] . Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то включают насос, расположенный внутри судна в водопроточном канале. Водозаборную часть канала выполняют в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы возникающих ИГВ. Выход канала располагают в кормовой части судна, что позволит использовать реакцию отбрасываемой насосом воды для получения дополнительного к гребному винту судна упора. Расположение водозаборной части канала под подошвой ИГВ увеличит скорость обтекания корпуса судна и приведет к падению давления в этом месте, что, в свою очередь, увеличит высоту ИГВ. Если этого окажется не достаточно для разрушения льда, то включение и выключение насоса осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода. В результате возникнут дополнительные резонансные ИГВ. Их наложение на основные приведет к периодическому возрастанию суммарных ИГВ, т.е. ледоразрушающая способность судна возрастет.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 the pump located inside the vessel in the water channel is turned on. The water intake part of the channel is made in the upper part of the ship's plating at the location of the sole of the arising IGV. The outlet of the channel is located in the stern of the vessel, which will allow using the reaction of the water discharged by the pump to obtain an additional stop to the propeller of the vessel. The location of the water intake part of the channel under the sole of the IGV will increase the velocity of the flow around the ship's hull and lead to a pressure drop in this place, which, in turn, will increase the height of the IGV. If this is not enough to destroy the ice, then the pump is switched on and off periodically with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half their period. As a result, additional resonant IGWs will appear. Their imposition on the main ones will lead to a periodic increase in the total IGW, i.e. the ice-breaking capacity of the vessel will increase.

Изобретение поясняется графически.The invention is illustrated graphically.

Под ледяным покровом 1 начинает движение подводное судно 2 с резонансной скоростью V_р. Если высота возбуждаемых ИГВ h₁ окажется недостаточной для разрушения льда, то насос 3, расположенный внутри судна в водопроточном канале 4, включают и выключают периодически с частотой резонансных ИГВ на время, равное половине их периода. Водозаборную часть канала 5 выполняют в верхней части судовой обшивки в месте расположения подошвы возникающих ИГВ. Выход канала 6 располагают в кормовой части судна. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ высотой h_3,что вызовет увеличение суммарной высоты ИГВ до значения h₂, т.е. повысит ледоразрушающую способность судна.Under the ice cover 1 begins to move the underwater vessel 2 with a resonant speed V _p . If the height of the excited IGV h ₁ is insufficient to destroy the ice, then the pump 3, located inside the vessel in the water flow channel 4, is turned on and off periodically with the frequency of the resonant IGV for a time equal to half their period. The water intake part of the channel 5 is performed in the upper part of the ship's plating at the location of the sole of the emerging IGV. Channel outlet 6 is located in the stern of the vessel. This will lead to the excitation of additional 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 when the vessel moves under the ice at a resonant speed, during its movement, outboard water is sucked into the vessel using a pump located in its water flow channel, while the water intake part of the channel is located on the upper surface of the fore end of the vessel at the location of the sole of the flexural-gravity wave, and the channel outlet is in the stern, characterized in that the pump is turned on and off periodically at a frequency of resonant flexural-gravity waves for a time equal to half their period.