RU2252894C1

RU2252894C1 - Method of breaking ice cover

Info

Publication number: RU2252894C1
Application number: RU2004108005/11A
Authority: RU
Inventors: В.И. Одиноков (RU); В.И. Одиноков; Э.С. Горкунов (RU); Э.С. Горкунов; В.М. Козин (RU); В.М. Козин; В.Л. Колмогоров (RU); В.Л. Колмогоров
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-05-27

Abstract

FIELD: shipbuilding; submarine ships running under ice conditions and breaking ice cover by hydrodynamic action during surfacing in compact ice.

SUBSTANCE: proposed method consists in stopping the ship and bringing her as closer as possible to lower surface of ice cover at safe deepening followed by rotation around vertical axis coinciding with main vertical central ship's inertia axis.

EFFECT: enhanced efficiency of breaking ice cover.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, плавающим в ледовых условиях и разрушающим ледяной покров путем гидродинамического на него воздействия при их 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 by hydrodynamic effects upon it when they emerge in solid ice.

Уровень техники известен из решения, предназначенного для разрушения ледяного покрова подводным судном (1. Козин В.М., Онищук А.В. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна // ПМТФ. 1994. №2. С. 78-91), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн (ИГВ) при его движении с резонансной скоростью Vp, т.е. скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ в сплошном льду максимальна.The prior art is known from the solution intended for the destruction of ice cover by an underwater vessel (1. Kozin V.M., Onishchuk A.V. Model studies of wave formation in a continuous ice cover from the movement of an underwater vessel // ПМТФ. 1994. No. 2. P. 78 -91), in which it is proposed to destroy the ice cover by an underwater vessel by exciting bending gravitational waves (IGW) when it moves with a resonant speed Vp, i.e. the speed at which the amplitude of the excited IGW in solid ice is maximum.

Недостатком решения проблемы является невозможность его использования для разрушения льда на ограниченных в разводьях по площади участках относительно тонкого и ровного ледяного покрова, т.к. для возбуждения ИГВ максимальной амплитуды требуется определенные время и протяженность ледяного покрова.The disadvantage of solving the problem is the impossibility of using it to destroy ice in areas of relatively thin and even ice cover, which are limited in the area by area, because for the excitation of IGW of maximum amplitude, a certain time and extent of ice cover are required.

Сущность изобретения заключается в разработке способа увеличения деформации ледяного покрова при его ограниченных площадях, т.е. в разводьях.The essence of the invention lies in the development of a method of increasing the deformation of the ice cover with its limited areas, i.e. divorced.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности разрушения относительно тонкого ледяного покрова, формирующегося в разводьях, т.е. на ограниченных по площади участках льда, возникающих в более толстом паковом льду при его подвижках.The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the destruction efficiency of a relatively thin ice cover formed in the strata, i.e. on areas of ice limited in area that occur in thicker pack ice during its movements.

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

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном.Restrictive: the method of destruction of the ice cover by an underwater vessel.

Отличительные: судно останавливают и максимально приближают к нижней поверхности ледяного покрова на безопасное заглубление, а затем вращают вокруг вертикальной оси, совпадающей с вертикальной главной центральной осью инерции судна.Distinctive: the vessel is stopped and brought as close as possible to the lower surface of the ice sheet for safe penetration, and then rotated around a vertical axis that coincides with the vertical main central axis of inertia of the vessel.

Из работы [1] известно, что для возбуждения подводным судном резонансных ИГВ, способных разрушить ледяной покров, требуется движение судна с резонансной скоростью в течение определенного времени, достаточного для достижения максимальной амплитуды ИГВ. Очевидно, что для выполнения этого условия необходимы соответствующие размеры акватории. В арктических условиях многолетний паковый лед, толщина которого достигает более 5 м, невозможно разрушить даже самыми крупными подводными судами путем возбуждения резонансных ИГВ. Поэтому известный способ [1] может быть реализован в разводьях достаточной протяженности и покрытых льдом гораздо меньшей толщины (разводья возникают в паковых льдах в результате ветро-волновых воздействий, волн цунами, приливно-отливных течений и пр.). Как правило, протяженность этих разводий велика, а время их существования ограничено из-за подвижек льда, что при их возникновении в течение года не позволяет нарости ледовым перемычкам до большой толщины. Поэтому при соответствующей ледовой разведке решение [1] становится работоспособным.From the work [1] it is known that in order to excite resonant IGWs capable of destroying the ice cover by an underwater vessel, the vessel must move at a resonant speed for a certain time, sufficient to achieve the maximum amplitude of the IGW. Obviously, in order to fulfill this condition, appropriate water area sizes are necessary. In arctic conditions, long-term pack ice, the thickness of which reaches more than 5 m, cannot be destroyed even by the largest submarines by exciting resonant IGWs. Therefore, the known method [1] can be implemented in streams of sufficient length and covered with ice of much smaller thickness (streaks arise in pack ice as a result of wind-wave actions, tsunami waves, tidal currents, etc.). As a rule, the length of these streaks is large, and their lifetime is limited due to ice movements, which, when they occur during the year, does not allow the ice jumper to grow to a large thickness. Therefore, with appropriate ice reconnaissance, solution [1] becomes workable.

Также известно, что в условиях Арктики и Антарктики, как и в условиях берегового шельфа, из-за тех же ветро-волновых нагрузок происходят подвижки и разворот массивных участков ледяных полей. В результате этого между ними возникают пространства воды, чистые ото льда, где намерзает ледяной покров тонкий по отношению к паковому льду. Такие участки бывают ограниченными по размерам в плане, что и не позволяет эффективно использовать известный способ для разрушения льда, т.к. на ограниченных площадях развить ИГВ максимальной амплитуды невозможно.It is also known that in the conditions of the Arctic and Antarctic, as well as in the conditions of the coastal shelf, shifts and a turn of massive sections of ice fields occur due to the same wind-wave loads. As a result of this, spaces of water free of ice arise between them, where the ice cover freezes thin with respect to the pack ice. Such areas are limited in size in terms of, which does not allow the efficient use of the known method for breaking ice, because in limited areas, it is impossible to develop a maximal amplitude IHV.

Для достижения заявленного технического результата и предлагается способ, который поясняется чертежами и осуществляется следующим образом.To achieve the claimed technical result, a method is proposed, which is illustrated by the drawings and is carried out as follows.

Под ледяным покровом 1 в его разводье на безопасном заглублении H₁ начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью Vp. Если амплитуда возбуждаемых при этом резонансных ИГВ 3 оказывается недостаточной для разрушения льда 1, то судно возвращают к центру разводья 4 (его предварительно определяют с помощью судовых эхолотов) и останавливают. Рубку из обычного, т.е. выступающего из корпуса судна положения 5, перемещают внутрь корпуса (позиция 6 на фиг.1), а вертикальный кормовой руль 7 с его стабилизатором 8 поворачивают до горизонтального положения 9 (см. фиг.2). Затем судно приближают к нижней поверхности ледяного покрова 1 на минимально безопасное расстояние Н₂<Н₁ (см. фиг.1, 2). Это, как известно из [1], повысит эффективность гидродинамического воздействия на лед от движущегося судна, т.е. увеличит деформации ледяного покрова. После этого с помощью подруливающих устройств 10, предварительно установленных на судне, например струйных рулей, установленных в носу и корме судна и ориентированных к диаметральной плоскости судна в противоположные направления с таким расчетом, чтобы при их включении судно начинало вращение вокруг вертикальной оси с угловой скоростью ω, совпадающей с вертикальной главной центральной осью инерции судна 11 (см. фиг.1, 2), место положения которой с учетом присоединенных масс воды предварительно определяют либо расчетом, либо с помощью модельного эксперимента в опытном бассейне. Такое расположение струйных рулей, как это следует из курса гидромеханики, позволит судну сохранить свое неизменное положение в горизонтальной плоскости относительно оси вращения.Under the ice cover 1 in its divergence at a safe depth H _{1 they} begin to move the submarine 2 with a resonant speed Vp. If the amplitude of the resonant IGW 3 excited at the same time is insufficient to destroy the ice 1, then the vessel is returned to the center of the scaffold 4 (it is previously determined using ship echo sounders) and stopped. Felling from the usual, i.e. protruding from the ship’s hull, position 5 is moved inside the hull (position 6 in FIG. 1), and the vertical aft steering wheel 7 with its stabilizer 8 is turned to a horizontal position 9 (see FIG. 2). Then the vessel is brought closer to the lower surface of the ice sheet 1 at a minimally safe distance H ₂ <H ₁ (see FIGS. 1, 2). This, as is known from [1], will increase the efficiency of hydrodynamic effects on ice from a moving vessel, i.e. will increase the deformation of the ice sheet. After that, with the help of thrusters 10 pre-installed on the vessel, for example, jet rudders installed in the bow and stern of the vessel and oriented to the diametrical plane of the vessel in opposite directions so that when they are turned on, the vessel starts rotation around the vertical axis with an angular velocity ω coinciding with the vertical main central axis of inertia of the vessel 11 (see figures 1, 2), the position of which, taking into account the attached masses of water, is preliminarily determined either by calculation or by using models The leg of the experiment in the experimental basin. This arrangement of jet rudders, as follows from the course of hydromechanics, will allow the vessel to maintain its unchanged position in the horizontal plane relative to the axis of rotation.

В свою очередь известно (RU 2170687 С1, 15.03.2000), что при вращательном движении тела в районе оси вращения возникает область разряжения 12, при достаточной степени которой в ледяном покрове возникнут впадина 13 и соответствующие изгибные напряжения. При достижении судном достаточной угловой скорости вращения вокруг вертикальной оси ω за счет достижения соответствующих центробежных сил 14 область разрежения и изгибные напряжения достигнут предельного значения и ледяной покров 1 разрушится за счет собственного веса 15. После этого судно всплывет в поле битого льда 14 (см. фиг.2).In turn, it is known (RU 2170687 C1, 03/15/2000) that when the body rotates in the region of the axis of rotation, a vacuum region 12 arises, with a sufficient degree of which a depression 13 and corresponding bending stresses arise in the ice sheet. When the vessel reaches a sufficient angular velocity of rotation around the vertical axis ω due to the achievement of the corresponding centrifugal forces 14, the rarefaction region and bending stresses reach the limit value and the ice cover 1 is destroyed due to its own weight 15. After that, the vessel will emerge in the field of broken ice 14 (see Fig. .2).

Claims

A method of destroying ice cover by an underwater vessel, characterized in that the vessel is stopped and brought as close as possible to the lower surface of the ice cover for safe penetration, and then rotate around a vertical axis that coincides with the vertical main central axis of inertia of the vessel.