RU2165371C1

RU2165371C1 - Method of breaking ice cover

Info

Publication number: RU2165371C1
Application number: RU2000102930A
Authority: RU
Inventors: В.М. Козин
Original assignee: Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-04-20

Abstract

FIELD: shipbuilding; submarine vessels breaking ice cover by resonance flexural gravitational waves. SUBSTANCE: method consists in creating hydraulic hammer under ice by means of abrupt braking of submarine vessel and forming local hydraulic resistance in aft extremity at moment of braking the vessel. Local hydraulic resistance is formed due to plate extending from hull. EFFECT: enhanced efficiency of ice breaking. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров резонансным способом при всплытии в сплошном льду. The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines sailing in ice conditions and destroying the ice cover in a resonant way when surfacing in solid ice.

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми подводным судном (1. В.М. Козин, А.В. Онищук Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. - ПМТФ, Новосибирск - Изд-во ВО Наука, 1994, N 2, с. 78-81), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью U_p, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ максимальна.The prior art is known from the method of ice cover destruction by resonant flexural-gravitational waves (IGW) excited by an underwater vessel (1. V.M. Kozin, A.V. Onishchuk Model studies of wave formation in a continuous ice sheet from the movement of an underwater vessel. - ПМТФ, Novosibirsk - VO Nauka Publishing House, 1994, N 2, pp. 78-81), in which it is proposed to destroy the ice cover by an underwater vessel by exciting bending and gravitational waves when it moves with a resonant speed U _p , i.e. at the speed at which the amplitude of the excited IGV is maximum.

Недостатком способа является невозможность увеличения амплитуды ИГВ, т. е. ледоразрушающей способности судна, при его движении с резонансной скоростью. The disadvantage of this method is the impossibility of increasing the amplitude of the IGW, i.e., the ice-breaking ability of the vessel, when it moves at a resonant speed.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения амплитуды ИГВ. The essence of the invention lies in the development of a method of increasing the amplitude of IVG.

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

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

Ограничительные: ледяной покров разрушается подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении. Restrictive: the ice cover is destroyed by an underwater vessel by excitation of resonant flexural-gravitational waves in ice during its movement.

Отличительные: под ледяным покровом дополнительно создают гидравлический удар по льду снизу посредством торможения подводного судна и образования в кормовой оконечности в момент торможения судна местного гидравлического сопротивления, причем местное гидравлическое сопротивление образуют за счет выдвигающихся из корпуса судна пластин. Distinctive: under the ice cover, they additionally create a hydraulic shock on the ice from below by braking the submarine and forming a local hydraulic resistance in the aft end at the time of the braking of the vessel, and the local hydraulic resistance is formed due to the plates that extend from the ship's hull.

Известно (см. Войткунский Я.И. Сопротивление воды движению судов. Л.: Судостроение, 1988, 288 с. ), 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. При этом степень повышения давления будет зависеть от эффективности торможения попутного потока, которую можно повысить посредством образования в кормовой оконечности судна местного гидравлического сопротивления на пути движения попутного потока. Наложение этого давления на давление на нижнюю поверхность ледяного покрова от волновых колебаний воды приведет к увеличению деформаций льда, т.е. амплитуды ИГВ. В результате ледоразрушающая способность судна возрастет. It is known (see Voitkunsky Y.I. Water resistance to ship movement. L .: Sudostroenie, 1988, 288 pp.) That when a body moves in a liquid behind it due to the viscous properties of the liquid and due to separation of the boundary layer, an associated flow is formed, t .e. a jet of fluid moving behind the body. The speed in this stream at the aft end of the body is approximately equal to the speed of the body. If the body, i.e. submarine, sharply slow down, then the passing stream, continuing its progressive motion by inertia, will meet an obstacle in the way in the form of a stopped ship. This will lead to an abrupt decrease in the velocity of the associated flow and, as is known from the course of hydraulics (see Bashta T.M. et al. Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic pipelines. M: Mashinostroenie, 1982, 424 pp.), To hydraulic shock, t. e. a sharp increase in pressure in the stern of the vessel. In this case, the degree of pressure increase will depend on the braking efficiency of the associated flow, which can be increased by the formation of local hydraulic resistance in the aft end of the vessel along the path of the associated flow. The application of this pressure to the pressure on the lower surface of the ice sheet from wave oscillations of water will lead to an increase in ice deformations, i.e. the amplitudes of the IGV. As a result, the ice breaking capacity of the ship will increase.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Под ледяным покровом на заданном заглублении начинают перемещать подводное судно со скоростью U_p для возбуждения резонансных ИГВ. Если амплитуда этих волн оказывается недостаточной для разрушения ледяного покрова, то судно, например, за счет реверса гребных винтов резко тормозят. 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. Для увеличения степени повышения давления в кормовой оконечности образуют местное гидравлическое сопротивление, например, в виде выдвигающихся из корпуса судна пластин, ориентированных поперек линий тока попутного потока, набегающего на заторможенное судно, т.е. перпендикулярно наружной поверхности корпуса в месте установки пластин. Пластины располагают внутри корпуса по всему его периметру и начинают их выдвигать одновременно с началом торможения судна. При этом для торможения всего попутного потока габаритный диаметр корпуса с полностью выдвинутыми пластинами должен быть больше диаметра попутного потока. Вследствие несжимаемости воды повышенное давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность ледяного покрова, что вызовет увеличение деформаций льда, т.е. амплитуда ИГВ, а следовательно, и их ледоразрушающая способность возрастут.Under the ice cover at a given depth, a submarine begins to move at a speed of U _p to excite resonant IGWs. If the amplitude of these waves is insufficient to destroy the ice cover, then the vessel, for example, due to the reverse of the propellers sharply slows down. A passing stream, formed behind the vessel during its forward movement, continuing its movement by inertia, will encounter an obstacle in the way in the form of a stopped vessel. This will lead to an abrupt increase in pressure in the stern of the vessel. To increase the degree of pressure increase in the aft end, local hydraulic resistance is formed, for example, in the form of plates extending from the vessel’s hull, oriented transversely to the flow lines of a passing stream running onto a stalled vessel, i.e. perpendicular to the outer surface of the housing at the place of installation of the plates. The plates are placed inside the hull around its entire perimeter and begin to push them along with the beginning of the braking of the vessel. At the same time, in order to slow down the entire associated flow, the overall diameter of the body with fully extended plates must be larger than the diameter of the associated flow. Due to the incompressibility of water, increased pressure will instantly be transmitted to the lower surface of the ice sheet, which will cause an increase in ice deformations, i.e. the amplitude of the IHV, and hence their ice-breaking ability, will increase.

Изобретение поясняется чертежом, где показана схема деформирования ледяного покрова от возбуждаемых ИГВ и действия гидроудара. The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the deformation of the ice cover from the excited IGW and the effects of water hammer.

Под ледяным покровом 1 на заданном заглублении H начинает движение подводное судно 2 со скоростью U_p, которое возбуждает систему резонансных ИГВ-3. Одновременно за судном вследствие вязкости воды образуется попутный поток 4.Under the ice sheet 1 at a given depth H, the submarine 2 begins to move at a speed U _p , which excites the system of resonant IGV-3. Simultaneously, due to the viscosity of the water, a by-pass stream 4 is formed behind the vessel.

Если амплитуда возбуждаемых волн 3 недостаточна для разрушения льда 1, то судно 2 резко тормозят (например, за счет реверса гребного винта 5) и одновременно выдвигают из корпуса пластины 9. При этом габаритный диаметр корпуса с выдвинутыми пластинами Д₁ должен быть больше диаметра попутного потока Д₂. Попутный поток 4, продолжая по инерции свое поступательное движение, встретит на своем пути препятствие в виде остановившегося судна 2 и гидравлическое сопротивление в виде пластин 9. Скорость потока резко уменьшится, что приведет к появлению в районе кормы судна области повышенного давления 6. Это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность льда 1 и приведет к появлению волны вспучивания 7. Наложение этой волны 7 на ИГВ-3 приведет к увеличению суммарных деформаций льда, т.е. к увеличению амплитуды волн в районе кормы судна, профиль которой будет представлен кривой 8. Рост суммарной амплитуды ИГВ 8 приведет к увеличению эффективности разрушения ледяного покрова 1.If the amplitude of the excited waves 3 is not enough to break the ice 1, then the vessel 2 is sharply braked (for example, due to the reverse of the propeller 5) and at the same time is pulled out of the plate body 9. In this case, the overall diameter of the body with extended plates D ₁ must be larger than the diameter of the associated flow D ₂ . Associated stream 4, continuing its inertial motion by inertia, will encounter an obstacle in the form of a stopped vessel 2 and hydraulic resistance in the form of plates 9. The flow velocity will sharply decrease, which will lead to the appearance of an area of increased pressure 6. This pressure will instantly will be transmitted to the lower surface of ice 1 and will lead to the appearance of a wave of expansion 7. The superposition of this wave 7 on the IGV-3 will lead to an increase in the total ice deformations, i.e. to increase the amplitude of the waves in the stern of the vessel, the profile of which will be represented by curve 8. The increase in the total amplitude of IGV 8 will increase the efficiency of destruction of the ice sheet 1.

Claims

A method of destroying an ice sheet by an underwater vessel by exciting resonant flexural-gravitational waves in ice during its movement, characterized in that under the ice sheet an additional hydraulic shock is created on the ice from below by braking the submarine and forming local hydraulic resistance in the stern end at the time of the vessel’s braking, moreover, local hydraulic resistance is formed due to the plates extending from the hull of the vessel.