СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
METHOD OF ICE COVER DESTRUCTION

Изобретение относится к области ледотехники, в частности, к подводным судам, разрушающим ледяной покров при их всплытии в сплошном льду.
Известно техническое решение (1. RU 2570916 C1), в котором ледяной покров предлагается разрушать подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса. Имеющиеся на судне балластные цистерны заполняют забортной водой, тем самым обеспечивая вертикальную нагрузку на лед за счет создания отрицательной силы плавучести. Кроме этого, дополнительную нагрузку на лед создают за счет вращения гребных винтов, т.е. увеличения силы натяжения троса.
Недостатком решения является его недостаточная эффективность, т.е. ограниченная толщина разрушаемого ледяного покрова.
Сущность изобретения заключается в разработке способа, позволяющего увеличить прогибы льда.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении его эффективности, т.е. увеличении толщины разрушаемого льда.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова подводным судном посредством его прикрепления ко льду при помощи якоря и троса с последующим заполнением балластных цистерн забортной водой и вращения гребных винтов.
Отличительные: с помощью гребных винтов судну обеспечивают периодические продольные возвратно-поступательные движения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн.
Известно (2. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1967 - 218 с.), что приложение периодической нагрузки к ледяному покрову с частотой, равной частоте резонансных ИГВ, значительно увеличивает его деформации по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно. Объясняется это тем, что при таком режиме возникают резонансные ИГВ, т.е. волны с наибольшей амплитудой.
Очевидно, что при возвратно-поступательном движении судна в момент смены направления движения на противоположное в оконечностях судна будут возникать области резкого повышения давления, т.е. гидроудары. Это будет происходить потому, что сформировавшиеся за судном попутные потоки при поступательном движении в моменты изменения направления его движения будут встречать на своем пути препятствие в виде движущегося им навстречу судна. В результате взаимодействия (взаимного торможения) попутных потоков основная часть их кинетической энергии превратится в потенциальную энергию повышенного давления. Возникающие при этом гидроудары вследствие несжимаемости воды вызовут соответствующий рост деформаций ледяного покрова.
Поскольку при реализации способа длина троса остается постоянной, то судно при возвратно-поступательном движении вследствие незначительного изменения силы плавучести в пределах изменения его заглубления будет совершать колебательные движения относительно точки подвеса, т.е. якоря. Таким образом, у судна появиться вертикальная составляющая скорости, благодаря которой на верхней поверхности его корпуса будет возникать периодически изменяющаяся область избыточного давления с максимальными значениями в точках возврата, т.е. при максимальном приближении судна к нижней поверхности ледяного покрова (при его максимальном отклонении), что также будет вызывать у него дополнительные деформации.
Изобретение осуществляется следующим образом.
В средней части судна выполняют контейнер, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом, при этом точка крепления троса к судну должна совпадать с центром величины объемного водоизмещения судна. В этом случае натяжение якорного троса при отсутствии хода у судна не вызовет ни крена, ни дифферента. При возникновении необходимости всплытия судно подвсплывает на безопасное заглубление и останавливается. Затем из контейнера в вертикальном направлении выстреливается, например, при помощи порохового заряда якорь в сложенном состоянии. Для пробивания льда, т.е. для создания во льду лунки, может быть использована, например, струя кумулятивного заряда, установленного в головной части якоря. После выхода якоря из-подо льда его лапы автоматически раскрываются (по принципу раскрывающегося зонта) и он прикрепляется ко льду. Затем забортной водой заполняют балластные цистерны. Судно приобретет отрицательную плавучесть и начнет натягивать якорный трос, создавая при этом вертикальную нагрузку на лед. Совпадение направления действия этой нагрузки с направлением сил тяжести льда увеличит его разрушаемую толщину. Диаметр раскрытия якоря должен быть больше длины рубки. В этом случае при последующем всплытии судна из-подо льда после частичного осушения балластных цистерн в образовавшейся майне рубка будет взаимодействовать только с битым льдом, который не будет оказывать значительное сопротивление при ее выходе из-подо льда. Если после заполнения балластных цистерн не произойдет разрушение ледяного покрова под якорем, то с помощью гребных винтов судну обеспечивают периодические продольные возвратно-поступательные движения с частотой резонансных ИГВ. Таким образом, в течение периода резонансных ИГВ ко льду будет прикладываться дополнительная вертикальная нагрузка с частотой резонансных ИГВ, что вызовет резонансное увеличение прогибов и соответствующий рост изгибных напряжений в ледяном покрове. К этим нагрузкам добавятся гидроудары и дополнительные давления от вертикальных перемещений судна, также периодически возникающие с частотой резонансных ИГВ. Суммирование указанных выше нагрузок увеличит деформации льда, что позволит достичь заявленный технический результат.
Изобретение поясняется чертежом.
В средней части судна 1 выполняют контейнер 2, в который укладывают в сложенном состоянии якорь с тросом (эта позиция не показана). При возникновении необходимости всплытия судно 1 подвсплывает на безопасное заглубление Н. После выхода якоря 3 из-подо льда 4 его лапы 5 раскрываются до диаметра d, который больше длины рубки 1. Затем балластные цистерны 6 заполняют водой. Если не произойдет разрушение ледяного покрова 4 под якорем 3 с лапами 5 за счет натяжения якорного троса 7, возникающего от создания отрицательной силы плавучести D (точка крепления троса 7 «О» совпадает с центром величины объемного водоизмещения судна «С»), то начинают вращать гребные винты 8. Якорный трос из положения 7 отклонится до положения 9, что приведет к появлению дополнительной вертикальной силы Р. Для ее компенсации горизонтальные рули 10 перекладывают в положение 11. Судно из положения I переместится в положение II. Если после этого разрушения льда 4 под якорем 5 не произойдет, то с помощью гребных винтов 8 судну 1 обеспечивают продольные возвратно-поступательные движения из положения II в положение III, при этом для компенсации вертикальной силы Р горизонтальные рули 10 перекладывают в положение 12. В результате этого будут возникать области повышения давления 13. Поскольку судно 1 будет совершать колебательные движения по траектории 14 относительно точки подвеса 15, т.е. якоря 3, то у судна появиться вертикальная составляющая скорости V. Вследствие этого периодически будет возникать области повышенного давления 16.