способ разрушения ледяного покрова

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении, отличающийся тем, что в процессе разрушения судно совершает подо льдом в месте предполагаемого всплытия неоднократные проходы, количество которых определяется необходимой для безопасного всплытия судна степенью разрушения льда, при этом степень разрушения определяют по дополнительному количеству балласта, которое нужно принять судну для его удержания на заданном заглублении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения, в частности, подводным судам, плавающим 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) определенной высоты, возбуждаемыми подводным судном (1. В.М.Козин, А.В.Онищук. "Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна." - ПМТФ, Новосибирск, ВО "Наука", 1994, №2, с.78-81), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения ИГВ при его движении с резонансной скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ в сплошном льду максимальна.

Недостатком способа является низкая безопасность всплытия подводного судна в разрушенном ИГВ льду после прохода судна под сплошным льдом с резонансной скоростью.

Сущность изобретения заключается в разработке способа определения степени разрушения ледяного покрова, после ее увеличения путем неоднократных проходов судна подо льдом.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении безопасности всплытия подводного судна в ледовых условиях.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледяной покров разрушают подводным судном путем возбуждения во льду ИГВ при его движении.

Отличительные: в процессе движения судно совершает подо льдом в месте предполагаемого всплытия неоднократные проходы, количество которых определяется необходимой для безопасного всплытия судна степенью разрушения льда, при этом степень разрушения определяют по дополнительному количеству балласта, которое нужно принять судну для его удержания на заданном заглублении.

Известно (2. Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Л. Сопротивление льда движению судна. - Л.: Судостроение, 1968. - 240 с.), что повторные проходы судна по полю битого льда увеличивают степень его разрушения (уменьшают размеры обломков льда). При этом уменьшается ледовое сопротивление, а максимальные поперечные размеры льдин не превышают 3-5 толщины льда, т.е. битый лед превращается в мелкобитый, который перестает оказывать значительное сопротивление движению судна. Очевидно, что аналогичные процессы, т.е. измельчение обломков льда, будут сопровождать и повторные проходы подводного судна под ледяным покровом, разрушенным резонансными ИГВ от первого прохода.

Также известно (3. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 272 с.), что ИГВ при разрушении льда трансформируются в гравитационные, т.е. битый лед перестает влиять на скорость и частоту волн. При этом длина волн уменьшается, а амплитуда возрастает.

Известно и то (4. Войткунский Я.И. Сопротивление судов. Л.: Судостроение, 1988, 288 с.), 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, т.е. наоборот, аналогично движению обычного судна на мелководье, то у подводного судна также возникает сила присоса к ледяному покрову. Для удержания судна на заданном безопасном заглублении последнему необходимо при прочих равных условиях принять определенное количество балласта.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что, если для удержания судна на заданном заглублении после его неоднократных проходов подо льдом количество дополнительно принятого балласта достигнет максимального значения, то степень разрушения льда также достигнет максимального значения. Это следует из того, что по мере измельчения битого льда амплитуда волн будет возрастать [3], так как кроме стеснения объема жидкости, вызванного близостью ледяного покрова, возникнет дополнительное стеснение, вызванное его деформациями (колебаниями битого льда). Дополнительное стеснение, в свою очередь, приведет к появлению дополнительной силы присоса и к необходимости приема дополнительного балласта с целью удержания судна на заданном заглублении.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на безопасном заглублении, т.е. в непосредственной близости от нижней поверхности льда начинают перемещать подводное судно с определенным количеством балласта и с резонансной скоростью. Если степень разрушения (размеры обломков) льда от возбужденных резонансных ИГВ окажется недостаточной для безопасного всплытия (размеры льдин будут слишком велики) подводного судна в районе выполнения ледокольных работ, т.е. при всплытии судна крупнобитый лед может повредить элементы конструкций судна, то судно совершает повторные проходы подо льдом в месте предполагаемого всплытия (безопасные размеры льдин определяют путем предварительных соответствующих расчетов прочности судна при его всплытии в битом льду). При этом размеры обломков льда могут быть определены при помощи судовых приборов радиолокации. Скорость судна при повторных проходах должна равняться горбовой, т.е. соответствующей максимальному волновому сопротивлению. Ее значение можно определить при помощи датчиков гидростатического давления, расположенных в верхней части судна в месте наиболее вероятного расположения вершины ИГВ (максимальное значение давления будет соответствовать максимальному сопротивлению судна, т.е. максимальной амплитуде волн в битом льду). Большая кривизна профиля гравитационных волн по сравнению с кривизной ИГВ вызовет в обломках льда большие изгибные напряжения, что приведет к их измельчению, т.е. увеличению степени разрушения льда и увеличению количества дополнительного балласта. Увеличение количества балласта после каждого прохода будет указывать на то, что после очередного прохода судна степень разрушения льда возросла. Соответствие величины количества дополнительного балласта размерам обломков льда устанавливается путем предварительных тарировочных проходов судна под полями битого льда различной степенью разрушения. Повторные проходы подо льдом в районе выполнения ледокольных работ (месте всплытия) осуществляют до тех пор, пока не будет обеспечена безопасность всплытия, т.е. размеры обломков льда не будут оказывать опасного воздействия на элементы конструкций судна при его всплытии. При этом после каждого прохода определяют степень разрушения льда.

Если после очередного прохода судна не произошло увеличения количества дополнительно принятого балласта, то это значит, что степень разрушения льда достигла максимального значения (размеры обломков льда стали минимальными). После этого судно прекращает повторные проходы и всплывает в поле мелкобитого льда.

Осуществление изобретения поясняется чертежом.

Под ледяным покровом 1 на заглублении h₀ начинает движение подводное судно 2 с резонансной скоростью _р. Наличие стесненности жидкости вследствие близости льда приведет к появлению силы присоса Р. Для удержания судна на заданном заглублении h₀ принимают определенное количество балласта 3, компенсирующего силу присоса Р. В результате возбуждения резонансных ИГВ от первого прохода судна сплошной ледяной покров 1 разрушится до обломков 4. В результате стесненность потока увеличится (заглубление h₂ уменьшится). Вследствие этого возрастет сила присоса Р и появится необходимость приема дополнительного балласта 5. Если размеры обломков льда 4 окажутся слишком велики, то судно вновь перемещают подо льдом с горбовой скоростью _г до тех пор, пока размеры уже меньших обломков 6 не станут удовлетворять условиям безопасного всплытия судна. При этом процесс увеличения степени разрушения контролируют по заглублению h₁, т.е. по количеству дополнительного балласта 5. Если после очередного прохода увеличение количества дополнительного балласта не произошло, то процесс измельчения льда прекратился и судно 2 всплывает в поле мелкобитого льда 6.