RU2800662C1

RU2800662C1 - Method for breaking ice cover

Info

Publication number: RU2800662C1
Application number: RU2022134886A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Евгений Михайлович Грамузов
Filing date: 2022-12-27
Publication date: 2023-07-25

Abstract

FIELD: navigation.

SUBSTANCE: navigation in ice conditions in particular underwater vessels, floating in conditions of continuous ice cover and destroying it by the resonance method. Simultaneously with the movement of the vessel under the ice cover, with the help of an ultrasonic emitter extended from the vessel's hull, water is degassed in the area located in the immediate vicinity of the ice cover. The emitter is placed under the cavity of the flexural-gravity wave, which is formed above the vessel, and the water is degassed periodically with the frequency of resonant flexural-gravity waves for a time equal to half of their period.

EFFECT: increase in the efficiency of ice destruction.

1 cl

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 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 Sciences. 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. Одновременно с движением судна под ледяным покровом при помощи ультразвукового излучателя, выдвигаемого из корпуса судна, производят дегазацию воды в области, находящейся в непосредственной близости от ледяного покрова (2. RU 2250855 - принят за прототип).The prior art is known from the method of destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in the excitation of flexural gravity waves (IGW) in the ice as it moves under the ice at a resonant speed. Simultaneously with the movement of the vessel under the ice cover with the help of an ultrasonic emitter, retractable from the vessel's hull, degassing of water in the area in the immediate vicinity of the ice cover (2. RU 2250855 - 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.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение высоты возбуждаемых ИГВ.The objective of the claimed invention is to increase the height of the excited IGV.

Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова, т.е. в увеличении толщины разрушаемого льда.The technical result is to increase the efficiency of the destruction of the ice cover, i. in increasing the thickness of the destroyed ice.

Существенные признаки, характеризующие изобретениеEssential features characterizing the invention

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна подо льдом с резонансной скоростью, одновременно с движением судна под ледяным покровом при помощи ультразвукового излучателя, выдвигаемого из корпуса судна, производят дегазацию воды в области, находящейся в непосредственной близости от ледяного покрова.Restrictive: a method of destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of flexural-gravity waves in the ice when the vessel moves under the ice at a resonant speed, simultaneously with the movement of the vessel under the ice cover with the help of an ultrasonic emitter extended from the vessel's hull, water is degassed in the area, in close proximity to the ice sheet.

Отличительные: излучатель располагают под впадиной ИГВ, формирующейся над судном, а дегазацию воды производят периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода.Distinctive: the emitter is placed under the depression of the IGW, which is formed above the vessel, and the degassing of water is carried out periodically with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half of their period.

Известно (3. Агранат Б.А., Дубровин М.Н., Хавский Н.Н. Основы физики и техники ультразвука. М.: Высшая школа. - 1987. - 235 с.), что при воздействии ультразвука на жидкость имеет место дегазационный эффект. Образовавшиеся газовые пузырьки коагулируют и, достигая определенных размеров, всплывают. Если подействовать на подледную область воды ультразвуковым излучением, то вследствие дегазации и коагуляции под ледяным покровом будут формироваться газовые полости. При движении подводного судна с резонансной скоростью газовые полости будут увеличивать податливость (деформируемость) упругого основания, на которое опирается ледяной покров, а значит, и высоту ИГВ.It is known (3. Agranat B.A., Dubrovin M.N., Khavsky N.N. Fundamentals of physics and technology of ultrasound. M .: Higher school. - 1987. - 235 p.) that when ultrasound is applied to a liquid, degassing effect. The resulting gas bubbles coagulate and, reaching a certain size, float up. If the under-ice area of water is affected by ultrasonic radiation, then due to degassing and coagulation, gas cavities will form under the ice cover. When an underwater vessel moves at a resonant speed, gas cavities will increase the compliance (deformability) of the elastic base on which the ice cover rests, and hence the height of the IGW.

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 увеличивать податливость упругого основания, т.е. уменьшать его силы поддержания (Архимедовы силы плавучести), вследствие формирования под ледяным покровом газовых полостей, то это приведет к возбуждению в ледяном покрове дополнительных к основным (от поступательного движения судна) резонансных ИГВ. Очевидно, что для их благоприятной интерференции с основными ИГВ, 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 the elasticity of the elastic foundation is increased periodically with the frequency of resonant IGWs, i.e. reduce its support forces (Archimedean forces of buoyancy), due to the formation of gas cavities under the ice cover, this will lead to the excitation in the ice cover of additional to the main ones (from the forward movement of the ship) resonant IGWs. Obviously, for their favorable interference with the main IGWs, 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 - ice density: h - thickness of the ice cover; g is the acceleration due to gravity.

Известно и то (5. Козин В.М., Онищук А.В., Марьин Б.Н. и др. Ледоразрушающая способность изгибно-гравитационных волн от движения объектов. Владивосток: Дальнаука. 2005. 191 с. ISBN 5-8044-0508-Х, см. с. 148), что максимальная по глубине впадина ИГВ, возбуждаемых подводным судном, формируется в пределах его длины, т.е. над судном.It is also known (5. Kozin V.M., Onishchuk A.V., Maryin B.N. et al. Ice-breaking ability of bending-gravity waves from the movement of objects. Vladivostok: Dalnauka. 2005. 191 pp. ISBN 5-8044- 0508-X, see p. 148) that the maximum depth of the IGW depression excited by an underwater vessel is formed within its length, i.e. over the ship.

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

Под ледяным покровом начинают перемещать судно с резонансной скоростью [1]. Вследствие этого в ледяном покрове в направлении его движения начнут распространяться ИГВ. Одновременно с движением судна при помощи ультразвукового излучателя, выдвигаемого из корпуса судна, производят дегазацию воды в области, находящейся в непосредственной близости от ледяного покрова и под максимальной по глубине впадиной, формирующейся над судном. Образующиеся подо льдом газовые полости приведут к увеличению высоты ИГВ. Если это не приведет к разрушению льда, то дегазацию воды производят периодически с частотой резонансных ИГВ в течение времени, равного половине их периода. Это приведет к возбуждению дополнительной системы резонансных ИГВ и максимальному периодическому возрастанию высоты суммарных ИГВ. В результате возникнет наиболее эффективная, своеобразная дополнительная к основным ИГВ раскачка ледяного покрова и, как следствие этого, эффективность разрушения ледяного покрова возрастет.Under the ice cover, the ship begins to move at a resonant speed [1]. As a result, IGWs will begin to propagate in the ice cover in the direction of its movement. Simultaneously with the movement of the vessel, with the help of an ultrasonic emitter extended from the hull of the vessel, water is degassed in the area located in the immediate vicinity of the ice cover and under the maximum depth of the depression formed above the vessel. The gas cavities formed under the ice will lead to an increase in the height of the IGW. If this does not lead to the destruction of ice, then the degassing of water is carried out periodically with the frequency of resonant IGWs for a time equal to half of their period. This will lead to the excitation of an additional system of resonant IGWs and the maximum periodic increase in the height of the total IGWs. As a result, the most effective, peculiar additional to the main IGWs buildup of the ice cover will arise and, as a result, the efficiency of the destruction of the ice cover will increase.

Claims

A method for destroying the ice cover by an underwater vessel, which consists in excitation of flexural-gravity waves in the ice when the vessel moves under the ice at a resonant speed, simultaneously with the movement of the vessel under the ice cover, using an ultrasonic emitter extendable from the vessel's hull, water is degassed in the area located in in the immediate vicinity of the ice cover, characterized in that the emitter is placed under the cavity of the flexural-gravity wave formed above the vessel, and the water is degassed periodically at a frequency of resonant flexural-gravity waves for a time equal to half their period.