RU2792462C1

RU2792462C1 - Method of breaking the ice cover

Info

Publication number: RU2792462C1
Application number: RU2022133369A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-03-22

Abstract

FIELD: navigation in ice conditions.

SUBSTANCE: when implemented during the movement of the vessel, the width of the associated flow is first reduced, and then increased periodically with the frequency of resonant bending-gravity waves for a time equal to half their period.

EFFECT: excitation of additional resonant bending-gravity waves in the ice, which increases the ice-breaking ability of the ship.

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 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 возбуждает в ледяном покрове изгибно-гравитационные волны (ИГВ) при движении с резонансной скоростью. В процессе его движения при помощи устройств, сдувающих пограничный слой, увеличивают ширину попутного потока, формирующегося в кормовой оконечности судна. Увеличение ширины попутного потока приводит к росту сопротивления формы корпуса судна и к соответствующему увеличению волнового сопротивления, т.е. высоты возбуждаемых волн, и эффективности разрушения льда (2. RU 2277494 C1). The prior art is known from a method for destroying an ice cover by an underwater vessel that excites flexural gravity waves (IGWs) in the ice cover while moving at a resonant speed. In the process of its movement, with the help of devices that blow off the boundary layer, the width of the associated flow, which is formed at the aft end of the vessel, is increased. An increase in the width of the associated flow leads to an increase in the resistance of the shape of the ship's hull and to a corresponding increase in wave resistance, i.e. the height of the excited waves, and the efficiency of ice destruction (2. RU 2277494 C1).

Также известен способ разрушения ледяного покрова подводным судном резонансным методом, при реализации которого ширину попутного потока за счет отсоса пограничного слоя уменьшают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода. Периодический отсос пограничного слоя будет периодически уменьшать его волновое сопротивление, что приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ. В результате толщина разрушаемого льда возрастет (3. RU 2775049 С1). Техническое решение по патенту RU 2775049 принято за прототип.Also known is a method of destroying the ice cover by an underwater vessel by the resonance method, in the implementation of which the width of the associated flow due to the suction of the boundary layer is periodically reduced with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half their period. Periodic suction of the boundary layer will periodically reduce its wave resistance, which will lead to the excitation of additional resonant IGWs. As a result, the thickness of the destroyed ice will increase (3. RU 2775049 C1). The technical solution according to the patent RU 2775049 is taken as a prototype.

Недостатком решения является ограниченность его ледоразрушающей способности.The disadvantage of the solution is the limitation of its 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 резонансным методом, при реализации которого ширину попутного потока уменьшают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода. Restrictive: a method of destroying the ice cover by an underwater vessel by the resonance method, in the implementation of which the width of the associated flow is periodically reduced with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half of their period.

Отличительные: после окончания очередного процесса уменьшения ширины попутного потока его ширину увеличивают периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода. Distinctive: after the end of the next process of reducing the width of the associated flow, its width is increased periodically with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half their period.

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 изменять волновое сопротивление судна (уменьшать, а затем увеличивать 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 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 along 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 wave resistance of the vessel is periodically changed with the frequency of resonant IGWs (to decrease and then increase the pressure under the ice), 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 изменять свой знак на противоположный, что будет способствовать росту высоты ИГВ. В результате возникнет дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова, что приведет к увеличению в нем изгибных напряжений.In this case, when 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 ice moves upwards, these forces will change their sign to the opposite, which will contribute to an increase in the IGW height. As a result, there will be an additional buildup of the ice cover in addition to the main IGWs, which will lead to an increase in bending stresses in it.

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

Под ледяным покровом перемещают подводное судно с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то в процессе движения судна ширину попутного потока вначале увеличивают при помощи устройств, сдувающих пограничный слой 4 [2], в течение времени, равном половине их периода. Затем ширину попутного потока уменьшают за счет отсоса пограничного слоя 4 [3], т.е. уменьшения его толщины, в течение времени, равном половине периода ИГВ. Процесс увеличения и уменьшения ширины попутного потока осуществляют периодически с частотой резонансных ИГВ. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.An underwater vessel is moved under the ice cover at a resonant speed. If the height of the excited IGWs is insufficient to destroy the ice, then in the process of the vessel’s movement, the width of the associated flow first increase with the help of devices that blow off the boundary layer 4 [2], for a time equal to half their period. Then the width of the associated flow is reduced due to the suction of the boundary layer 4 [3], i.e. decrease in its thickness, during a time equal to half the period of IGW. The process of increasing and decreasing the width of the associated flow is carried out periodically with the frequency of resonant IGWs. This will lead to the excitation of additional resonant IGW, which will achieve the claimed technical result.

Изобретение поясняется графически.The invention is illustrated graphically.

Под ледяным покровом 1 начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью. Если высота возбуждаемых ИГВ 3 окажется недостаточной для разрушения льда, то в процессе движения судна ширину попутного потока вначале увеличивают от В2 до В1 при помощи устройств 5, сдувающих пограничный слой 4, в течение времени, равном половине их периода. Затем ширину попутного потока уменьшают от В1 до В2 за счет отсоса пограничного слоя 4 при помощи устройств 5, т.е. уменьшения его толщины от δ₁ до δ₂, в течение времени, равном половине периода ИГВ. Для периодического увеличения и уменьшения ширины попутного потока используют устройства 5, выполненные, например, в виде насосов, которые формируют струи потоков 6. Это приведет к возбуждению дополнительных резонансных ИГВ 7. В результате высота ИГВ 3 будет периодически возрастать до высоты ИГВ 8.Under the ice cover 1 begin to move the underwater vessel 2 with a resonant speed. If the height of the excited IGV 3 is insufficient to destroy the ice, then during the movement of the vessel, the width of the associated flow is first increased from B2 to B1 using devices 5 that blow off the boundary layer 4 for a time equal to half their period. Then the width of the associated flow is reduced from B1 to B2 due to the suction of the boundary layer 4 using devices 5, i.e. reducing its thickness from δ ₁ to δ ₂ during a time equal to half the period of IGW. To periodically increase and decrease the width of the associated flow, devices 5 are used, made, for example, in the form of pumps that form jets of flows 6. This will lead to the excitation of additional resonant IGVs 7. As a result, the height of IGV 3 will periodically increase to the height of IGV 8.

Claims

A method for destroying the ice cover by an underwater vessel by the resonance method, in which the width of the associated flow is periodically reduced with the frequency of resonant bending-gravity waves for a time equal to half of their period, characterized in that after the end of the next process of reducing the width of the associated flow, its width is increased periodically from frequency of resonant flexural-gravity waves during a time equal to half of their period.