Повышение эффективности разрушения ледяного покрова подводными судами статическим методом

УДК 539.3

В. М. Козин, В. Л. Земляк, Н. О. Баурин, С. В. Радионов

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА ПОДВОДНЫМИ СУДАМИ СТАТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Предложены запатентованные авторами способы и устройства для повышения эффективности разрушения льда статическим (традиционным) методом всплытия путём нагружения сплошного льда снизу при осушении подводным судном балластных цистерн.

Ключевые слова: подводное судно, лёд, балластные цистерны.

Плавание подводного судна (ПС) в ледовых условиях связано с большим риском, т. к. при всплытии неизбежен контакт с поверхностью льда. Решающими факторами при всплытии могут оказаться ледовые условия, физико-механические свойства льда, сложность управления процессом всплытия, особенно при аварийной продувке балластных цистерн. При возникновении аварийной ситуации (пожар, затопление отсеков) при подлёдном движении решающее значение для спасения экипажа будет иметь продолжительность всплытия, которая, как показывает накопленный опыт, может исчисляться часами даже при всплытии в крупных полыньях ввиду сложности выполнения манёвра и постоянного дрейфа ледяных полей (рис. 1), при этом время, необходимое для спасения, может исчисляться минутами. Данные по ледовой обстановке показывают, что в более чем 60 % районов подлёдного пространства Арктики использование статического (традиционного) метода всплытия путём нагружения льда снизу отсутствуют. Однако, несмотря на возможности современных подводных судов находиться длительное время подо льдом, неизбежно требуется периодиче-

Козин Виктор Михайлович — доктор технических наук, профессор (Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН, Комсомольск-на-Амуре); e-mail: vellkom@list.ru.

Земляк Виталий Леонидович — кандидат физико-математических наук, доцент, проректор по научной работе и инновациям (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан); e-mail: vellkom@list.ru.

Баурин Никита Олегович — аспирант (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан); е-mail: vellkom@list.ru.

Радионов Сергей Владимирович — студент (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан); е-mail: vellkom@list.ru.

Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 16-19-10097). © Козин В. М., Земляк В. Л., Баурин Н. О., Радионов С. В., 2018

32

ское всплытие для осуществления связи, поправки курса и решения других задач.

Рис. 1. Маневрирование К-324 (671РТМ) при всплытии в полынье, сентябрь 1982 г. [1]

Предельная толщина льда, разрушаемая современными ПС, не превышает 1,5 — 2 метра. Всплытие без хода осуществляется проламыванием льда, затем судно немного погружается и производит повторное всплытие с дифферентом на корму от 5° до 20° и скоростью не более 0,06 м/с, что позволяет осуществить предварительную очистку палубы ото льда [1].

Решающим фактором безопасного всплытия являются способность управлять плавучестью подводного судна и скорость всплытия, которые характеризуют статический или динамический вариант контакта ПС с нижней поверхностью льда. Очевидно, что в случае наступления аварийной ситуации, когда процесс всплытия может плохо контролироваться, а скорость всплытия существенно превышать допустимые нормы, динамический удар о нижнюю поверхность льда может привести к разрушению носовой оконечности судна, рубки, последующей разгерметизации, потере остойчивости и гибели судна.

Недостатком традиционного метода всплытия является ограничение по толщине проламываемого льда, зависящее от запаса плавучести ПС, и

33

создание разрушающей нагрузки, которая направлена против действия сил тяжести, что ухудшает эффективность метода. Кроме того, взаимодействие лёгкого корпуса со льдом может привести к его повреждению. Для увеличения эффективности предлагается способ, позволяющий создавать разрушающую нагрузку, направление которой совпадает с действием сил тяжести и исключает контакт корпуса подводного судна со льдом в процессе его разрушения. Для этого в средней части ПС 1 размещают контейнер, в котором установлен в сложенном состоянии якорь с тросом 2. Точка крепления троса к корпусу О должна совпадать с центром величины водоизмещения субмарины С. В этом случае натяжение троса не вызовет крен или дифферент судна. При необходимости всплытия судно всплывает на безопасное заглубление Н. Якорь выходит из-подо льда 3. Для преодоления льда может быть использована струя кумулятивного заряда, установленного в головной части якоря. После лапы якоря 4 раскрываются до диаметра й большего длины рубки судна I, после чего заполняются водой балластные цистерны 5, 6 до тех пор, пока не произойдёт разрушение ледяного покрова за счёт натяжения троса, возникающего от создания отрицательной плавучести О (рис. 2) [5].

Если разрушение ледяного покрова не произойдёт, то за счёт натяжения якорного троса 7, возникающего от создания отрицательной силы плавучести О, начинают вращать гребные винты 8. Якорный трос отклонится до положения 9, в результате чего появится дополнительная вертикальная сила Р. Для её компенсации горизонтальные рули 10 перекладываются в положение 11, а ПС из положения I переместится в положение II (рис. 3) [3].

Рис. 2. Устройство для разрушения ледяного покрова

34

Рис. 3. Способ разрушения ледяного покрова

Для повышения эффективности традиционного способа всплытия (рис. 4) предлагается устройство, позволяющее увеличить силу плавучести подводного судна [4].

1

Рис. 4. Приледнение традиционным способом

35

В носовой части субмарины 1 устанавливается контейнер 2, в котором размещена ёмкость 4. Если при всплытии силы плавучести Рг окажется недостаточно для разрушения льда 3, то под ним размещают ёмкость, изготовленную из гофрированного упругого материала, с помощью подачи через гибкий шланг 5 сжатого воздуха. Ёмкость прикреплена к днищу контейнера стропами 6 (рис. 5).

Рис. 5. Устройство для разрушения ледяного покрова

После повторного приледнения субмарины за счёт перепускных клапанов 7 (рис. 6) объём 8 внутри ёмкости заполняют воздухом.

7 К 7

Рис. 6. Устройство для разрушения ледяного покрова

36

Если возросшая при этом сила плавучести Р2 > Рг опять окажется недостаточной для разрушения льда, то давление в ёмкости повышают за счёт гофрированности её стенок, диаметр ёмкости увеличивают, заполняя при помощи клапанов воздухом увеличивающийся объём так, что величина силы Р3 > Р2 > Рг (рис. 7) станет достаточной для образования трещин 9 и последующего гидроудара в области 10. В результате степень разрушения ледяного покрова увеличится (рис. 8).

8

Рис. 7. Возникновение гидроудара

Рис. 8. Способ разрушения ледяного покрова

37

Увеличение нагрузки на лёд снизу за счёт создания у подводного судна дополнительной силы плавучести и обеспечения периодичности её воздействия также может обеспечить более эффективное разрушение ледяного покрова [2]. При необходимости всплытия в сплошном льду 2 субмарину 1 приледняют с дифферентом на корму ф и начинают продувку балластных цистерн. Если объём цистерн недостаточен для разрушения льда верхней прочной палубой 3 за счёт сил плавучести уУб (где у — удельный вес воды, V — объём балластных цистерн) (рис. 8), т. е. образования статических волн вспучивания 5, то судну создают дополнительную силу плавучести 2уУе (где Уе — объём возникших ёмкостей 4) путём подачи в них сжатого воздуха через отверстия 6. Это приведёт к увеличению волны вспучивания до деформаций в ледяном покрове 7.

I

Рис. 9. Способ разрушения ледяного покрова

Для возбуждения резонансных ИГВ 8 объём ёмкостей начинают изменять с резонансной частотой ИГВ (рис. 9), что приведёт к увеличению амплитуды прогибов, а значит, и изгибным напряжениям во льду.

Список литературы

1. Реданский В. Г. Во льдах и подо льдами. Тайные операции подводных флотов. М.: Вече, 2004. 480 с.

2. Способ разрушения ледяного покрова: патет 2551322 РФ: МПК В63В 35/08, В63С 8/00, Е02В 15/02 / В. М. Козин, Л. С. Гринкруг, В. Л. Земляк, [и др.]. № 2014113083/11; заявл. 03.04.2014; опубл. 20.05.2015. Бюл. № 14.

3. Способ разрушения ледяного покрова: патент 2570916 РФ: МПК В63В 35/08, В63С 8/00 / В. М. Козин, В. Л. Земляк, Н. О. Баурин, [и др.]. № 2014136015/11; заявл. 03.09.2014; опубл. 20.12.2015. Бюл. № 35.

4. Устройство для разрушения ледяного покрова: патент 2550862 РФ: МПК В63В 35/08 / В. М. Козин, Л. С. Гринкруг, В. Л. Земляк, [и др.]. № 2014113081/11; за-явл. 03.04.2014; опубл. 20.05.2015. Бюл. № 14.

38

5. Устройство для разрушения ледяного покрова: патент 2575911 РФ: МПК В63В 35/08, B63G 8/00 / В. М. Козин, В. Л. Земляк, Н. О. Баурин, [и др.]. № 2014136014/11; заявл. 03.09.2014; опубл. 20.02.2016. Бюл. № 5.

•Jc -Jc -Jc

Kozin Victor M., Zemliak Vitaly L., Baurin Nikita O., Radionov Sergey V.

INCREASING EFFICIENCY OF DESTRUCTION OF ICE COVER

BY SUBMARINE VESSELS BY STATIC METHOD

(''Institute of Machining and Metallurgy, FEB RAS, Komsomolsk-on-Amur ;

2 3 4Sholom-Aleichem Priamursky State University, Birobidzhan)

We propose methods and devices patented by the authors for increasing the efficiency of ice

breaking by the static (traditional) method of ascent by loading solid ice from below when the

submarine vessels drying ballast cisterns.

Keywords: submarine vessels, ice, ballast cisterns.

References

1. Redanskiy V. G. Vo l'dakh i podo l'dami. Taynye operatsii podvodnykh flotov (In the ice and under the ice. Secret operations of underwater fleet), Moscow,Veche Publ., 2004. 480 p.

2. Kozin V. M., Grinkrug L. S., Zemlyak V. L., [and others]. Sposob razrusheniya ledyanogo pokrova (Method of destruction of the ice cover), Pathet 2551322 RU, IPC B63B 35/08, B63G 8/00, E02B 15/02, publ. 05/20/2015. Bul. No. 14.

3. Kozin V. M., Zemlyak V. L., Baurin N. O., [ [and others]. Sposob razrusheniya ledyanogo pokrova (Method of destruction of the ice cover), patent 2570916 RU, IPC B63B 35/08, B63G 8/00, publ. 12/20/2015. Bul. No. 35.

4. Kozin V. M., Grinkrug L. S., Zemlyak V. L., [and others]. Ustroystvo dlya razrusheniya ledyanogo pokrova (Device for destruction of the ice cover), patent 2550862 RU, IPC B63B 35/08, publ. 05/20/2015. Bul. No. 14.

5. Kozin V. M., Zemlyak V. L., Baurin N. O., [and others]. Ustroystvo dlya razrusheniya ledyanogo pokrova (Device for destruction of the ice cover), patent 2575911 RU, IPC B63B 35/08, B63G 8/00, publ. 02/20/2016. Bul. № 5.

•Jc -Jc -Jc

39