Патент на изобретение №2161578
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
(57) Реферат: Изобретение относится к судостроению, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансными изгибно-гравитационными волнами. Изобретение направлено на повышение эффективности разрушения ледяного покрова. Технический результат достигается за счет создания подо льдом гидравлического удара посредством резкого торможения подводного судна с одновременной подачей воздуха под лед в район вершины первого за кормой судна гребня волн. 1 ил. Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавующим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду. Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми подводным судном (1. В.М.Козин, А.В. Онишук “Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна”. -ПМТФ, Новосибирск. -Изд-во ВО “Наука”, 1994. -N2. с.78-81), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью Vр, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ максимальна. Недостатком способа является невозможность увеличения амплитуды ИГВ, т. е. ледоразрушающей способности судна при его движении с резонансной скоростью. Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды ИГВ. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном. Существенные признаки, характеризующие изобретение. Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду резонансных ИГВ. Отличительные: под ледяным покровом дополнительно создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна с одновременной подачей под лед в район вершины первого за кормой судна гребня волн. Известно (см. Войткунский Я. И. Сопротивление воды движению судов. Л.: Судостроение. -1988. – 288с.), что при движении тела в жидкости за ним вследствие вязкостных свойств жидкости и из-за отрыва пограничного слоя образуется попутный поток, т. е. струя поступательно движущейся за телом жидкости. Скорость в этом потоке в районе кормовой оконечности тела примерно равна скорости тела. Если тело, т.е. подводное судно, резко затормозить, то попутный поток, продолжая свое поступательное движение по инерции, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к скачкообразному уменьшению скорости попутного потока и, как известно из курса гидравлики (см.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидропроводы. М.: Машиностроение. -1982. -424 с.), к гидроудару, т.е. резкому повышению давления в районе кормы судна. Наложение этого давления на давление на нижнюю поверхность ледяного покрова от волновых колебаний воды приведет к увеличению деформаций льда, т.е. амплитуды ИГВ. Если одновременно с торможением судна под лед подать воздух в район первого за кормой судна гребня ИГВ, то под вершиной ИГВ возникает воздушная подушка. Благодаря высокой сжимаемости воздуха по отношению к сжимаемости воды вода из области повышенного давления, возникшей в корме при торможении судна, устремится в направлении наименьшего гидравлического сопротивления, т.е. в область воздушной подушки. Получив в результате этого определенную скорость, массы воды вытеснят воздух и мгновенно остановятся при соударении с нижней поверхностью льда. Таким образом, произойдет концентрация потенциальной энергии давления и кинетической энергии воды при гидроударе под вершиной ИГВ. В результате ледоразрушающая способность судна возрастет. Способ осуществляется следующим образом. Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью  p, для возбуждения резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судно, например, за счет реверса гребных винтов резко останавливают. Одновременно с торможением судна под лед, например, из баллонов сжатого воздуха для продувки цистерн главного балласта подают воздух в район первого за кормой судна гребня ИГВ, что приведет к образованию под вершиной ИГВ воздушной подушки. Попутный поток, сформировавшийся за судном при его поступательном движении, продолжая по инерции свое движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к скачкообразному увеличению давления в районе кормы судна. Вследствие несжимаемости воды это давление мгновенно передастся во всех направлениях, в том числе и на нижнюю поверхность ледяного покрова в районе вершины ИГВ. Одновременно с этим благодаря высокой сжимаемости воздуха по отношению к сжимаемости воды вода из области повышенного давления в корме устремится в направлении к воздушной подушке. Получив определенную скорость, массы воды, обладая большей плотностью, чем воздух, вытеснят последний из-под вершины ИГВ и, двигаясь по инерции, мгновенно остановятся при соударении с нижней поверхностью льда. Таким образом, произойдет концентрация потенциальной и кинетической энергии воды при гидроударе под вершиной ИГВ, что вызовет увеличение деформаций льда, т.е. амплитуда ИГВ, а следовательно, и их ледоразрушающая способность возрастут.
Изобретение поясняется чертежом, где показана схема деформирования ледяного покрова от возбуждаемых ИГВ и действия гидроудара.
Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинает движение подводное судно 2 со скоростью p, которое возбуждает систему резонансных ИГВ-3. Одновременно за судном вследствие вязкости воды образуется попутный поток 4.
Если амплитуда возбуждаемых волн 3 недостаточна для разрушения льда 1, то судно 2 резко останавливают (например, за счет реверса гребного винта 5). Одновременно с торможением судна 2 под лед 1 подают воздух, который формирует под вершиной ИГВ 3 воздушную подушку 6. Попутный поток 4, продолжая по инерции свое поступательное движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна 2. Скорость потока резко уменьшится, что приведет к появлению в районе кормы судна области повышенного давления 7. Поскольку воду при реальных скоростях эксплуатации судов можно считать несжимаемой, то это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность льда 1 и, вследствие сжимаемости воздуха в подушке 6, вызовет движение масс воды 8 в направлении воздушной подушки 6. При соударении масс воды 8 с нижней поверхностью льда 1, действии на лед повышенного давления, возникшего в области 7, произойдет гидроудар, который вызовет во льду 1 волну вспучивания 9. Наложение этой волны 9 на ИГВ-3 приведет к увеличению суммарных деформаций льда, т.е. к увеличению амплитуды волн в районе кормы судна, профиль которой будет представлен кривой 10. Рост суммарной амплитуды ИГВ 10 приведет к увеличению эффективности разрушения ледяного покрова 1.
Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 08.02.2002
Номер и год публикации бюллетеня: 11-2003
Извещение опубликовано: 20.04.2003
|
||||||||||||||||||||||||||
