RU2784554C1

RU2784554C1 - Device for breaking the ice cover

Info

Publication number: RU2784554C1
Application number: RU2021135214A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Сергей Алексеевич Чингалаев
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-11-28

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: invention relates to the field of shipbuilding, in particular to underwater vessels that destroy the ice cover with resonant bending-gravitational waves. A device for breaking the ice cover is proposed, which is an underwater vessel capable of moving under the ice at a resonant speed. A rubber shell is installed on the upper surface of the vessel in its bow tip under the first depression of the bending-gravitational waves excited by the vessel, under which electromagnetic pressure gauges are located. The shell is covered with a screen capable of periodically closing and exposing it with the frequency of resonant bending-gravitational waves for a time equal to half the period of these waves.

EFFECT: increase in the efficiency of the destruction of the ice cover is achieved.

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. Изд-во: 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. Publishing house: Academy of Natural Sciences. 2007. 355 pp., see pp. 5-9, ISBN 978-5-91327-017-7).

Известно устройство для разрушения ледяного покрова, представляющее собой подводное судно, способное перемещаться подо льдом с резонансной скоростью. На верхней поверхности корпуса судна в его носовой оконечности под первой впадиной возбуждаемых судном изгибно-гравитационных волн (ИГВ) установлена резиновая оболочка, под которой расположены электромагнитные манометры. Это позволяет увеличить амплитуду возбуждаемых ИГВ, т.е. повысить их ледоразрушающую способность (2. RU 2248911 С1, принятый за прототип).Known device for the destruction of the ice cover, which is an underwater vessel capable of moving under the ice at a resonant speed. On the upper surface of the ship's hull in its bow under the first cavity of the flexural-gravity waves (IGW) excited by the ship, a rubber shell is installed, under which electromagnetic pressure gauges are located. This makes it possible to increase the amplitude of excited IGWs; increase their ice-breaking ability (2. RU 2248911 C1, adopted as a prototype).

Недостатком устройства является недостаточная амплитуда возбуждаемых им ИГВ, т.е. его ледоразрушающая способность.The disadvantage of the device is the insufficient amplitude of the IGWs excited by it, i.e. its ice-breaking ability.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, увеличивающего амплитуду ИГВ, возбуждаемых при перемещении подводного судна.The essence of the invention lies in the development of a device that increases the amplitude of the IGW, 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 изобретениеEssential features characterizing the invention

Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, представляющее собой подводное судно, способное перемещаться подо льдом с резонансной скоростью, при этом на верхней поверхности судна в его носовой оконечности под первой впадиной возбуждаемых судном ИГВ установлена резиновая оболочка, под которой расположены электромагнитные манометры.Restrictive: a device for the destruction of the ice cover, which is an underwater vessel capable of moving under the ice at a resonant speed, while on the upper surface of the vessel in its bow, under the first cavity of the vessel-excited IGV, a rubber sheath is installed, under which electromagnetic pressure gauges are located.

Отличительные: оболочка покрыта экраном, способным периодически с частотой резонансных ИГВ закрывать и обнажать ее на время, равное половине периода этих волн.Distinctive: the shell is covered with a screen capable of periodically closing and exposing it with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half the period of these waves.

Известно (3. 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 область пониженного 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 Τ основных резонансных ИГВ, величину которого можно определить по зависимости [3]:It is known (3. D.E. Kheisin. Ice cover dynamics. - L .: Gidrometeoizdat, 1967. - 218 p.) that the periodic application of a load to the ice cover with the frequency of resonant IGWs significantly increases its deformation compared to the same intensity load, but applied stationary. This is explained by the fact that resonant IGWs arise under such impacts. Thus, if a region of low pressure 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 action of the forces that excite additional IGWs be equal to half the period Τ of the main resonant IGWs, the value of which can be determined from the dependence [3]:

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 также будут направлены вниз, а при перемещении льда вверх эти силы будут исчезать. Таким образом, длительность воздействия области пониженного давления на нижнюю поверхность льда в области подошвы ИГВ будет равна полупериоду 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 downward from the additional IGWs that have arisen, the forces that excite them will also be directed downward, and when the ice moves upward, these forces will disappear. Thus, the duration of the effect of the low-pressure area on the lower surface of the ice in the region of the IGW base will be equal to the half-period of the resonant IGWs, i.e. contribute to the maximum periodic increase in the height of the total IGW. As a result, the most effective peculiar additional to the main IGW buildup of the ice cover will arise.

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

В носовой части судна на его верхней поверхности в наиболее вероятном месте расположения первой впадины ИГВ установлена резиновая оболочка, под которой расположены электромагнитные манометры. Если это не приведет к разрушению льда, то используется предварительно установленный на судно покрывающий оболочку экран, выполненный с возможностью периодически с частотой резонансных ИГВ закрывать и обнажать ее (например, по принципу «шкаф-купе») на время, равное 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.In the bow of the vessel on its upper surface in the most probable location of the first depression of the IGV, a rubber shell is installed, under which electromagnetic pressure gauges are located. If this does not lead to the destruction of ice, then a screen covering the shell pre-installed on the ship is used, made with the ability to periodically close and expose the IGW with the frequency of resonant IGWs (for example, according to the "closet-compartment" principle) for a time 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.

Изобретение поясняется графически.The invention is illustrated graphically.

В носовой оконечности 1 судна 2 установлена резиновая оболочка 3, под которой расположены электромагнитные манометры 4. При движении судна со скоростью V_p первая впадина ИГВ 5 окажется над устройством. Если это не приведет к разрушению льда, то используется экран 7. В результате амплитуда ИГВ 5 будет периодически возрастать до ИГВ 6.In the fore end 1 of the vessel 2, a rubber shell 3 is installed, under which electromagnetic pressure gauges 4 are located. When the vessel moves at a speed V _p, the first cavity of the IGV 5 will be above the device. If this does not lead to ice destruction, then screen 7 is used. As a result, the amplitude of IGW 5 will periodically increase to IGW 6.

Claims

A device for destroying the ice cover, which is an underwater vessel capable of moving under the ice at a resonant speed, while on the upper surface of the vessel in its bow under the first cavity of the flexural-gravity waves excited by the vessel, a rubber shell is installed, under which electromagnetic pressure gauges are located, characterized in that that the shell is covered with a screen capable of periodically closing and exposing it at a frequency of resonant bending-gravity waves for a time equal to half the period of these waves.