способ разрушения ледяного покрова

Формула изобретения

Способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью и совершении повторных проходов, отличающийся тем, что судно перемещают в непосредственной близости от нижней поверхности льда, при этом скорость его повторных проходов должна равняться горбовой, т.е. соответствовать максимальному волновому сопротивлению, а после очередного прохода оценивают безопасность всплытия путем определения степени разрушения льда, о которой судят по отклонению от ледяного покрова ультразвукового сигнала, идущего от излучателя и воспринимаемого приемниками, установленными на верхней палубе судна.

Описание изобретения к патенту

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.

Уровень техники известен из способа разрушения ледяного покрова резонансными изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми подводным судном (В.М. Козин, А.В. Онищук. Модельные исследования волнообразования в сплошном ледяном покрове от движения подводного судна. - ПМТФ, Новосибирск: Наука. 1994. - №2, с. 78-91), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном путем возбуждения изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью Vp, т.е. со скоростью, при которой амплитуда возбуждаемых ИГВ в сплошном льду максимальна.

Известно (Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. - Л.: Судостроение, 1968 г. - 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 (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, т.е. кривизна волнового профиля волн в битом льду увеличивается. Очевидно, что чем больше степень разрушения льда, тем больше будет кривизна волнового профиля волн, изменение и максимальное значение которой можно определить по отклонению отраженного от ледяного покрова ультразвукового сигнала (RU 2137663 С1, 19.10.98 г.).

Для этого на верхней палубе судна устанавливают один излучатель и за ним по длине судна несколько приемников ультразвуковых сигналов. При отсутствии деформации во льду или малости амплитуды волн (нижняя поверхность ледяного покрова горизонтальна) ультразвуковой сигнал, отразившись от льда, вернется в место, близкое к расположению излучателя.

По мере развития волн вследствие измельчения льда от повторных проходов судна будет возникать отклонение направления отраженного сигнала, и воспринимать его будут более удаленные от излучателя приемники. При максимальной степени разрушенности льда соответствующее отклонение сигнала достигнет наибольшей величины.

В качестве наиболее близкого аналога для составления совокупности существенных признаков выбран патент RU 2154000 С1, заключающийся в способе разрушения ледяного покрова подводным судном путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении с резонансной скоростью и совершении подо льдом последующих неоднократных проходов с целью увеличения степени разрушения льда в мосте предполагаемого всплытия судна.

Недостатком способа является низкая безопасность всплытия подводного судна в разрушенном ИГВ льду после проходов судна подо льдом, т.к. при его осуществлении невозможно определить степень разрушения льда.

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: способ разрушения ледяного покрова подводным судном, заключающийся в возбуждении во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении подо льдом с резонансной скоростью и совершении повторных проходов.

Отличительные: судно перемещают в непосредственной близости от нижней поверхности льда, при этом скорость его при повторных проходах должна равняться горбовой, т.е. соответствовать максимальному волновому сопротивлению, а после очередного прохода оценивают безопасность всплытия путем определения степени разрушения льда, о которой судят по отклонению от ледяного покрова ультразвукового сигнала, исходящего от излучателя и воспринимаемого приемниками, установленными на верхней палубе судна.

Способ осуществляется следующим образом.

Под ледяным покровом на безопасном заглублении, т.е. в непосредственной близости от нижней поверхности льда, начинает движение подводное судно 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 конструкции 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 амплитуды волн. Одновременно с началом движения судна включают излучатель и приемники ультразвуковых сигналов. По месту расположения приемника, воспринимающего наиболее интенсивный отраженный от льда сигнал, судят о величине отклонения направления сигнала, т.е. о степени разрушения льда. Увеличение отклонения после каждого прохода будет указывать на то, что после очередного прохода судна степень разрушения льда возросла. Соответствие величины отклонения сигнала размерам обломков льда устанавливается путем предварительных тарировочных проходов судна под полями битого льда различной степени 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 отклонения ультразвукового сигнала, 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.

Схема реализации изобретения поясняется чертежом.

Под ледяным покровом 1 начинает движение судно 2. На верхней палубе судна устанавливают излучатель 3, а за ним по длине судна несколько приемников 4-7 ультразвуковых сигналов. При малых деформациях льда 8 отклонение сигнала ₁ будет наименьшим, поэтому наиболее интенсивный отраженный сигнал воспримет приемник 4. По мере измельчения льда 8 от повторных проходов судна 2 и развития волн величина отклонения будет увеличиваться и при наибольшей степени разрушенности битого льда 9 достигнет своего максимального значения ₂. После этого судно всплывет в поле мелкобитого льда 9.