Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
1.3.4. Способы создания гидроудара по ледяному покрову
Гидроудар в потоке жидкости возникает вследствие его резкого торможения, т.е.скачкообразного уменьшения скорости. В результате кинетическая энергия движущихся масс жидкости превращается в потенциальную энергию повышенного давления. Поскольку скорость меняется скачкообразно, то соответствующим образом в потоке возрастает давление. Из курса гидромеханики известно, что при движении тела в жидкости за ним возникает попутный поток, т.е. струя поступательно движущейся за телом жидкости. Очевидно, что при торможении тела (судна) попутный поток на своем пути встретит препятствие в виде остановившегося судна. Это приведет к уменьшению скорости частиц в попутном потоке и увеличению давления в кормовой оконечности судна, т.е. - к гидроудару, что можно использовать для увеличения ледоразрушающей способности ИГВ. Т.о., если при движении с резонансной скоростью под сплошным льдом подводное судно остановить, например, за счет реверса гребного винта, то это приведет к возникновению гидравлического удара по нижней поверхности льда из-за взаимодействия попутного потока 4 с корпусом судна 2 (рис.1.70). Скорость потока резко уменьшится, что приведет к возрастанию давления за кормой судна и появлению волны вспучивания 7. Наложение этой волны на ИГВ 3, возникающей от поступательного движения судна с резонансной скоростью, приведет к увеличению суммарных деформаций льда, т.е. появлению ИГВ 8 [241].
Рис.1.70. Применение гидроудара для разрушения сплошного льда
Можно добиться существенного повышения ледоразрушающих качеств подводного судна, если дополнительно к гидравлическому удару от торможения судна одновременно подавать воздух под лед в район вершины первого за кормой судна гребня волны (рис.1.71). При гидроударе во льду 1 возникает волна вспучивания 9, при наложении которой на ИГВ 3 от движения подводного судна в ледяном покрове увеличатся суммарные деформации 10, приводящие к его разрушению [242].
Рис.1.71. Разрушение ледяного покрова гидроударом
Рис.1.72. Применение гидравлического удара для разрушения льда
Использование эффекта гидравлического удара позволит повысить ледоразрушающие свойства подводного судна, если при движении судна с резонансной скоростью подать воздух под лед в район вершины первого за кормой судна гребня волн в момент начала разрушения ледяного покрова (рис.1.72). В результате воздух с меньшей по сравнению с водой плотностью оттеснит воду ото льда и под вершиной ИГВ возникнет воздушная подушка 5. В момент раскрытия трещины 6 воздух через раскрывшуюся трещину выйдет наружу, а в освободившееся пространство устремятся массы воды 7. После выхода воздуха эти массы 7 затормозятся, что вызовет более мощный и сконцентрированный гидравлический удар по льду снизу. В результате возрастет высота ИГВ А и степень разрушенности ледяного покрова [243].
Повышение эффективности разрушения льда подводными судами резонансным методом можно достич за счет создания подо льдом гидравлического удара (pис.1.73), когда в район вершины первого за кормой судна гребня волн в момент начала разрушения ледяном покрова под лед подать газ, охлажденный до низкой температуры [244].
Рис.1.73.Способ разрушения ледяного покрова
Рис.1.74.Гидроудар по льду снизу при его разрушении ИГВ
Усилить эффективность воздействия гидроудара на ледяной покров можно за счет создания местного гидравлического сопротивления в зоне гидроудара в момент торможения подводного судна под ледяным покровом 1. Это обеспечивается выдвижением пластин 9 из корпуса судна 2, создающих область повышенного давления 6 (рис.1.74). Это давление мгновенно передастся на нижнюю поверхность льда и приведет к появлению волны вспучивания 7. Наложение этой волны на ИГВ 3 от движения подводного судна с резонансной скоростью приведет к увеличению амплитуды волн 8 в районе кормы. Рост суммарной амплитуды 8 приведет к увеличению эффективности разрушения ледяного покрова [245].
При движении подводного судна под ледяным покровом можно дополнительно создать гидравлический удар по льду снизу посредством оттеснения пограничного слоя от корпуса судна с последующим его торможением (рис.1.75). Пограничный слой оттесняют при помощи поворота пластин, установленных в кормовой оконечности подводного судна [246].
Рис.1.75.Способ создания гидравлического удара
Дополнительный гидравлический удар по льду снизу можно создать посредством торможения подводного судна и отклонения масс воды попутного потока в направлении к ледяному покрову в район вершины ИГВ (рис.1.76).Отклонение масс воды попутного потока выполняется при помощи пластин, установленных в верхней кормовой части судна [247].
Повысить эффективность воздействия гидроудара на ледяной покров можно путем подачи воздуха в район кормы судна 2 для формирования за судном воздушной полости 6, после чего судно тормозят (рис.1.77). Попутный поток 4, продолжая по инерции свое поступательное движение, встретит на своем пути сначала воздушную полость 6, а затем препятствие в виде остановившегoся судна 2, что приведет к появлению в районе кормы судна области повышенного давления 7 [248].
Рис.1.76. Способ создания гидроудара
Рис.1.77. Способ разрушения сплошного льда
Аналогичным образом достигается положительный эффект при движении подводного судна под ледяным покровом с резонансной скоростью, возбуждающего ИГВ 3 (рис.1.78). При этом из носовой части судна 2 под лед подают воздух, формируя воздушную полость 6, затем судно 2 тормозят (рис.1.78). Это приведет к появлению области повышенного давления 7. При соударении масс воды 8 со льдом 1, действии на лед повышенного давления, возникшего в области 7, произойдут гидроудары, которые вызовут во льду 1 волны вспучивания 9, что позволит повысить эффективность воздействия на ледяной покров [249].
Повысить эффективность разрушения сплошного льда предлагается разворотом подводного судна на 180° и продолжением его дальнейшего движения кормой вперед с резонансной скоростью с созданием под ледяным покровом гидравлического удара посредством торможения судна [250].
Рис.1.78.Способ создания гидроудара
Эффективность разрушения льда можно повысить за счет дифферентовки судна на корму и создания подо льдом гидравлическоro удара посредством торможения подводном судна (рис.1.79) [251].
Рис.1.79. Способ создания гидроудара
Аналогичный результат достигается при разрушения льда 1 резонансными ИГВ 3 от движения подводного судна 2 путем создания дополнительного гидроудара в кормовой и носовой оконечностях судна (рис.1.80). В кормовой оконечности - посредством торможения судна за счет реверса гребного винта 5. В носовой оконечности - из-за того, что одновременно с торможением в цистерне главного балласта 8 из-за ее частичного заполнения и наличия воздушной полости 9 жидкость 7 устремится к поршню 11. Сжав воздух 9 и ударившись о поршень 11, жидкость через шток 12 приведет в движение пластину 13, что вызовет появление области повышенного давления 14 в носовой оконечности судна 2. Появление дополнителъных областей повышенного давления 6 и 14 вызовет дополнительные деформации ледяного покрова 15 и в результате результирующая амплитуда ИI'В 16 возрастет [252].
Рис.1.80. Способ создания гидроудара
Возможен и такой способ создания гидроудара: подводное судно 2 перемещают подо льдом 1 и возбуждают во льду резонансные ИГВ 3. После возбуждения во льду 1 ИГВ 3 для создания гидравлического удара (рис.1.81). судно 2 тормозят, с наибольшим отрицательным ускорением. Затем в момент (определяемый при помощи бортового эхолота 9), когда первая за кормой впадина 7 ИГВ 3 достигнет средней части 8 судна, осуществляют быстрое погружение, образуя над верхней частью судна 2 область разряжения 11. При этом горизонтальную составляющую скорости увеличивают для сохранения резонансного режима [253].
Рис.1.81. Способ создания гидроудара
При этом горизонтальную составляющую скорости увеличивают для сохранения резонансного режима [253].
Следующий способ разрушения ледяного покрова заключается в торможении подводного судна, двигающегося вблизи кромки толстого льда с резонансной скоростью. Возникающая при этом ударная и отраженная ударная волны совместно накладываются на ИГВ с максимальной суммарной амплитyдой (рис.1.82). С этой целью под ледяным покровом 1 на заданном заглублении Н начинают перемещать подводное судно 2 с резонансной скоростью vP. За корпусом судна формируется попутный поток 3. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ 4 окажется недостаточной для разрушения льда, то подводное судно продолжает свое движение вдоль кромки более толстого льда 7. Если и после этого разрушения льда не происходит, то судно затормаживают, что приводит к формированию ударной волны 5. При отражении ударной волны 5 от кромки льда 7 возникает отраженная волна 6. Наложение ударной волны 5 и отраженной ударной волны 6 на ИГВ 4 приведет к росту ее амплитуды, вследствие чего ее ледоразрушающая способность увеличится, что приведет к повышению эффективности разрушения льда подводным судном [400].
Рис.1.82.Способ разрушения ледяного покрова