RU2137665C1

RU2137665C1 - Method of breaking ice cover

Info

Publication number: RU2137665C1
Application number: RU98119211A
Authority: RU
Inventors: В.М. Козин
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 1999-09-20

Abstract

FIELD: shipbuilding; submerged vessels breaking ice cover by resonance method. SUBSTANCE: submerged vessel runs under ice at resonance speed which is achieved through shifting the diving planes through angles of attack corresponding to maximum amplitude of flexural gravitational waves. EFFECT: enhanced efficiency of breaking ice due to enhanced accuracy of determination of resonance speed. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом ( Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада. -Владивосток, ИАПУ, 1993 г., 44 с.) [1]. The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines, destroying the ice cover by the resonant method (Kozin V.M. Resonance method of ice cover destruction. Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences in the form of a scientific report. -Vladivostok, IAPU, 1993 , 44 p.) [1].

Известно техническое решение (Козин В.М. и др. Способ разрушения ледяного покрова. Патент РФ N2056320 от 20.03.96 г.) [2], в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн V_р, соответствующих максимальной амплитуде указанных волн, которую определяют и поддерживают по максимуму гидростатического давления воды в носовой оконечности судна.A technical solution is known (Kozin V.M. et al. Method of ice cover destruction. RF Patent N2056320 dated March 20, 1996) [2], in which it is proposed to destroy the ice cover by an underwater vessel by exciting resonant flexural-gravitational waves in ice of ice V _p corresponding to the maximum amplitude of these waves, which is determined and supported by the maximum hydrostatic pressure of water in the bow of the vessel.

Недостатком метода является необходимость в дополнительном оборудовании, т.к. для определения V_р требуется установка в носовой оконечности судна датчика гидростатического давления воды.The disadvantage of this method is the need for additional equipment, because to determine V _p requires the installation in the bow of the vessel sensor hydrostatic pressure of water.

Сущность изобретения заключается в разработке способа определения V_р при разрушении льда подводным судном резонансным методом.The essence of the invention lies in the development of a method for determining V _p when ice is destroyed by an underwater vessel by the resonance method.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения льда подводным судном резонансным способом. The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of ice destruction by an underwater vessel in a resonant manner.

Существенные признаки, характеризующие изобретение. The essential features characterizing the invention.

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду ИГВ при его движении с резонансной скоростью, определяемой в процессе перемещения последнего. Restrictive: the ice cover is destroyed by an underwater vessel by excitation of IGW in ice during its movement with a resonant speed determined in the process of moving the latter.

Отличительные: резонансную скорость достигают посредством перекладывания горизонтальных рулей на углы атаки, соответствующие максимальной амплитуде ИГВ. Distinctive: the resonant speed is achieved by shifting the horizontal rudders to the angles of attack corresponding to the maximum amplitude of the IHV.

Известно (см. Войткунский Я. И. Сопротивление судов. Л.: Судостроение, 1998, с. 288) [3], что при выходе водоизмещающего судна на мелководье относительная скорость обтекания днища возрастает по сравнению с глубокой водой. Это приводит к соответствующему понижению давления и появлению присасывающей силы, т.е. у судна увеличивается осадка. Поскольку движение подводного судна подо льдом в определенной степени аналогично движению обычного судна на мелководье, то у подводного судна также возникает сила присоса к ледяному покрову. Для удержания судна на заданном безопасном заглублении необходимо воспользоваться горизонтальными рулями, переложив их на угол атаки, обеспечивающий компенсацию силы присоса. Если скорость судна V будет приближаться к V_р, то во льду начнет развиваться система ИГВ. В результате, кроме стеснения объема жидкости, вызванного близостью ледяного покрова, возникает дополнительное стеснение, вызванное деформациями льда. Дополнительное стеснение, в свою очередь, приведет к появлению дополнительной силы присоса и к необходимости дополнительной перекладки горизонтальных рулей с целью удержания судна на заданном заглублении. При V=V_р амплитуда ИГВ, сила присоса и угол перекладки горизонтальных рулей достигнут максимальных значений. По мере дальнейшего роста V интенсивность ИГВ начинает уменьшаться, ледяной покров начнет вести себя подобно жесткому экрану, сила присоса будет падать и может даже изменить свое направление, т.е. превратиться в силу отталкивания (аналогию см. в [3]). Таким образом, по максимальной силе присоса, т.е. по углу перекладки горизонтальных рулей, соответствующему максимуму амплитуды ИГВ, можно судить о приближении скорости судна к V_р.It is known (see Ya. I. Voitkunsky, Ship Resistance. L .: Sudostroenie, 1998, p. 288) [3] that when a displacement vessel enters shallow water, the relative velocity of the flow around the bottom increases compared to deep water. This leads to a corresponding decrease in pressure and the appearance of a suction force, i.e. the vessel's draft is increasing. Since the movement of a submarine under ice is to some extent similar to the movement of a conventional ship in shallow water, the submarine also experiences suction power to the ice sheet. To keep the vessel at a predetermined safe depth, you must use horizontal rudders, shifting them to the angle of attack, providing compensation for the strength of the suction cup. If the speed of the vessel V will approach V _r , then the system of IGV will begin to develop in the ice. As a result, in addition to the tightness of the liquid volume caused by the proximity of the ice sheet, there is additional tightness caused by ice deformation. Additional constraint, in turn, will lead to the appearance of additional suction force and the need for additional shifting of horizontal rudders in order to keep the vessel at a given depth. When V = V _{p the} amplitude of the IHV, the suction force and the angle of the horizontal rudders are reached maximum values. As V grows further, the IGW intensity begins to decrease, the ice cover begins to behave like a hard screen, the suction force will fall and may even change its direction, i.e. turn into a repulsive force (see the analogy in [3]). Thus, by the maximum force of the suction cup, i.e. the angle of the horizontal rudders, corresponding to the maximum amplitude of the IHV, we can judge the approximation of the speed of the vessel to V _p .

Способ осуществляется следующим образом
Под ледяным покровом на безопасном заглублении начинают перемещать подводное судно, скорость которого постепенно увеличивают от нуля до значения, при котором для компенсации силы присоса необходима перекладка горизонтальных рулей на максимальный угол, соответствующий наибольшей интенсивности ИГВ. После этого дальнейшее движение судна осуществляют с этой скоростью.The method is as follows
Under the ice cover at a safe deepening, a submarine begins to move, the speed of which is gradually increased from zero to a value at which, to compensate for the suction force, horizontal rudders must be shifted to the maximum angle corresponding to the highest IGW intensity. After that, further movement of the vessel is carried out at this speed.

Изобретение поясняется графически, где на чертеже показана схема деформирования ледяного покрова при разных скоростях движения судна. The invention is illustrated graphically, where the drawing shows a diagram of the deformation of the ice cover at different speeds of the vessel.

Под ледяным покровом 1 на заглублении h₀ начинает движение подводное судно 2 с постепенно увеличивающейся от нуля скоростью V. Наличие стесненности жидкости вследствие близости льда, которую по аналогии с [3] можно оценивать через соотношение h₀/B, приведет к появлению силы присоса Р. Для удержания судна на заданном заглублении h₀ необходимо горизонтальные рули 3 переложить на углы атаки, компенсирующие силу присоса. По мере приближения V к V_р во льду начнут возникать ИГВ. При наступлении равенства V=V_р амплитуда ИГВ достигнет максимума (кривая прогибов 4). Возрастет до предела и стесненность потока h₁/B. Вследствие этого сила присоса Р достигнет наибольшего значения и соответственно возрастут необходимые углы атаки горизонтальных рулей 3. Если будет продолжаться дальнейший рост V, то амплитуда ИГВ начнет уменьшаться (кривая прогибов льда 5), стесненность потока h₂/B снизится, что приведет к уменьшению силы Р и углов атаки рулей, необходимых для удержания судна на заглублении h₀. Таким образом по максимальной силе присоса и по соответствующим углам перекладки рулей можно определить резонансную скорость, соответствующую максимальной амплитуде ИГВ.Under the ice cover 1 at the deepening h ₀ the submarine 2 begins to move with a speed V gradually increasing from zero. The presence of liquid tightness due to the proximity of ice, which, by analogy with [3], can be estimated through the ratio h ₀ / B, will lead to the appearance of suction force P To keep the vessel at a given depth h _0, it is necessary to shift the horizontal rudders 3 to the angles of attack, compensating for the suction force. As V approaches V _p in ice, IHV will begin to occur. When equality V = V _r occurs, the IGW amplitude reaches its maximum (deflection curve 4). The tightness of the flow h ₁ / B will increase to the limit. As a result of this, the suction force P will reach its maximum value and, accordingly, the required angles of attack of the horizontal rudders will increase 3. If V continues to grow further, the IGW amplitude will begin to decrease (ice deflection curve 5), the flow restriction h ₂ / B will decrease, which will lead to a decrease in force P and angles of attack of the rudders necessary to keep the vessel at a depth of h ₀ . Thus, according to the maximum suction force and the corresponding rudder angles, it is possible to determine the resonant speed corresponding to the maximum amplitude of the IVG.

Claims

A method of destroying ice cover by an underwater vessel by exciting bending gravitational waves in ice when the vessel moves at a resonant speed, characterized in that the said speed is achieved by shifting the horizontal rudders of the vessel to the angles of attack corresponding to the maximum amplitude of the bending gravitational waves.