Стенд для исследования трения льда о корпус судна Российский патент 2025 года по МПК G01M10/00 B63B71/20 F25C1/00 

Изобретение относится к области экспериментального исследования сопротивления движению судов во льдах.

Известны опытовые ледовые бассейны, в которых исследуют движение моделей судов в сплошном и битом льдах (патент RU 2210516 «Ледовый опытовый бассейн для испытаний моделей судов и морских инженерных сооружений и способ его использования», МПК В63В 9/02, G01M 10/00, публ. 20.08.2003 г.). Однако, ни натурные, ни модельные исследования в опытовых ледовых бассейнах не позволяют комплексно исследовать задачу выделения сопротивления трения корпуса судна о лед, а также исследовать факторы, влияющие на это сопротивление, имеющие важное значение при проектировании судов, эксплуатируемых в морях, покрытых льдом, а также при разработке теоретических методов расчета сопротивления.

Известен патент «Способ и устройство установки для исследования гидродинамического сопротивления» (RU 2285906, МПК G01M10/00, публ. 10.06.2006 г.), в котором приводится описание установки для измерения гидродинамического сопротивления различных поверхностей тел при их движении в жидкости. Эта установка не позволяет проводить количественный эксперимент и не моделирует характер обтекания корпуса судна, движущегося во льдах.

Известны авторские свидетельства SU 894396 («Способ определения сопротивления трения обшивки корпуса судна», МПК G01M10/00, В63В9/02, публ. 30.12.1981 г.) и SU 938060 («Установка для экспериментального определения гидродинамического сопротивления элементов судовой обшивки», МПК G01M10/00, публ. 23.06.1982 г.), в которых описываются установки для экспериментального определения гидродинамического сопротивления элементов судовой обшивки. Однако предлагаемые установки не позволяют моделировать физическую картину обтекания корпуса судна, движущегося в акваториях, покрытых как битым, так и сплошным льдом. При измерении силы трения пары «лед - наружная обшивка корпуса» при наличии водяной смазки необходимо фиксировать относительную скорость этой пары, зазор и давление между трущимися поверхностями. Это обусловлено гидродинамическими эффектами при наличии тонкого слоя воды в зазоре лед - обшивка корпуса.

Для выполнения такого рода исследований необходим специальный стенд.

Целью изобретения является расширение экспериментальных возможностей стенда для исследования сопротивления трения льда о корпус судна.

Технический результат достигается за счет того, что разработанный стенд для исследования сопротивления трения льда о корпус судна так же, как и стенд-прототип, содержит каркас, на котором расположен мелководный бассейн, над которым установлены рельсы, по которым может двигаться буксировочная тележка с механизмом вертикального перемещения. Новым является то, что на днище мелководного бассейна находится ледяная трасса, к нижней части механизма вертикального перемещения при помощи штанги присоединен торцом параллелограмм, второй торец которого соединен с исследуемой моделью при помощи пилона, проходящего через втулку, установленную в торце этого параллелограмма, причем нижний конец пилона соединен с исследуемой моделью при помощи шарнира, а на верхнем конце пилона установлена площадка для груза, создающего постоянную вертикальную нагрузку на исследуемую модель, движущуюся по ледяной трассе, при этом стенд содержит динамометр, измеряющий силу сопротивления, возникающую на исследуемой модели.

В частном случае динамометр установлен на буксировочной тележке и соединен с механизмом вертикального перемещения.

Во втором частном случае реализации изобретения динамометр установлен на нижнем конце пилона и соединен с исследуемой моделью при помощи шарнира.

В другом частном случае стенд содержит устройство для подачи вода на поверхность ледяной трассы для создания водяной прослойки.

В четвертом частном случае реализации ледяная трасса представляет собой намороженный лед.

В пятом частном случае реализации ледяная трасса представляет собой трассу из искусственного льда.

Изобретение поясняется следующими фигурами.

На фиг.1 показан боковой вид стенда с продольным разрезом мелководного бассейна.

На фиг.2 показана модель, закрепленная при помощи шарнира на динамометре, размещенном на нижнем конце пилона, и подача воды из бачка, расположенного на буксировочной тележке.

Стенд для исследования трения льда о корпус судна (фиг.1, 2) содержит каркас 1, на котором расположен мелководный бассейн 2. На днище мелководного бассейна 2 намораживается лед или выкладывается трасса 3 из искусственного льда (полиэтилена высокого давления).

Над бассейном 2 с ледовой трассой 3 установлены рельсы 4, по которым может перемещаться буксировочная тележка 5.

На нижней части этой тележки 5 установлен динамометр 6. К нижней поверхности динамометра 6 присоединен механизм вертикального перемещения 7. К подвижной части механизма 7 крепится параллелограмм 8 при помощи штанги 9.

На противоположном конце параллелограмма 8 установлена втулка 10. Во втулке 10 установлен пилон 11, нижний конец которого заканчивается шарниром 12, который соединяет пилон 11 с моделью 13.

На верхнем конце пилона 11 установлена площадка 14 для крепления груза 15, создающего постоянную вертикальную нагрузку на модель 13. К буксировочной тележке 5 над верхним концом пилона 11 установлен стрелочный динамометр 16.

Динамометр 6 может быть установлен на нижнем конце пилона 11 (фиг.2) и соединён с моделью 13 при помощи шарнира 12.

Над ледяной трассой 3 перед моделью 13 на нижней части штанги 9 закреплено устройство для распыления воды 17, соединённое шлангом 18 с водяным бочком 19, установленным на буксировочный тележке 5. Над поверхностью ледовой трассы 3 может быть налита вода 20 любого уровня.

Стенд для исследования сопротивления трения льда о корпус судна работает следующим образом.

Перед началом исследований на дне мелководного бассейна 2 намораживают лед, либо выкладывается трасса 3 из искусственного льда (полиэтилена высокого давления). К нижнему концу пилона 11 крепится исследуемая модель 13 при помощи шарнира 12. На верхний конец пилона 11 на площадку 14 устанавливают груз 15, создающий необходимую нагрузку на модель 13, которая установлена на ледовой трассе 3 стенда.

После этого осуществляется контрольное взвешивание модели 13 над ледяной трассой 3 при помощи стрелочного динамометра 16, предварительно соединив его с верхней частью пилона 11, где на площадке 14 размещен груз 15. Таким образом, учитываются веса параллелограмма 8, пилона 11 и самой модели 13 с установленными грузами 15. Во время испытаний стрелочный динамометр 16 отсоединяется от верхней части пилона 11.

Буксировочная тележка 5 разгоняется до скорости, предусмотренной программой испытаний, и на мерном участке ледяной трассы 3 замеряется сопротивление трения между корпусом модели 13 и ледяной трассой 3 при давлении, создаваемом суммарной силой веса, замеренной динамометром 16.

По мере необходимости, в зависимости от масштаба модели 13 динамометр 6, измеряющий силу сопротивления, возникающую на модели 13, может быть заменен и установлен на нижнем конце пилона 11.

В процессе исследований ледяная трасса 3 может смачиваться водой при помощи устройства для распыления воды 17, шланга 18 и бачка с водой 19, установленного на тележке 5.

При необходимости ледяная трасса 3 может быть залита водой необходимого уровня.

Во время буксировки модели 13 по ледяной трассе 3 необходимо соблюдать параллельность параллелограммного механизма поверхности ледяной трассы 3. Это достигается при помощи механизма вертикального перемещения 7 в момент градуировок и наладочных испытаний.

В процессе исследований можно изменять также шероховатость соприкасающихся поверхностей модели 13 и ледяной трассы 3 способами, применяемыми в гидродинамике.

Предлагаемый стенд позволяет исследовать сопротивление трения корпуса модели с разной шероховатостью по поверхности льда как сухого, так и мокрого на разных скоростях движения, при разных давлениях соприкосновения.

Достигается это тем, что при испытании моделей судов на дно мелководного бассейна намораживается лед, либо на дно бассейна укладывается трасса из искусственного льда (полиэтилена высокого давления), при этом над бассейном расположены рельсы, по которым движется буксировочная тележка. На буксировочной тележке установлен динамометр, измеряющий силу сопротивления, возникающую на модели при ее буксировке. К нижней части динамометра присоединен механизм вертикального перемещения, к которому крепится параллелограмм. На противоположном конце параллелограмма закреплена втулка, в которую вставлен пилон. Нижний конец пилона соединен с исследуемой моделью при помощи шарнира, а верхний имеет площадку для груза, создающего постоянную вертикальную нагрузку на модель, движущуюся по ледяной трассе, расположенной на дне мелководного бассейна. Кроме того, на нижнем конце пилона может быть установлен динамометр, соединенный с моделью при помощи шарнира.

Во время буксировки модели перед ней на ледяную трассу может подаваться вода через специальное устройство, соединенное шлангом с бачком с водой, расположенным на буксировочной тележке. На ледяной трассе также может быть создана водяная прослойка любой толщины путем налива воды в бассейн.

Изобретение относится к судостроению, к области экспериментального исследования сопротивления движению судна во льдах, обусловленного трением льдин о корпус судна. В мелководном бассейне намораживается лед либо на его днище укладывается трасса из искусственного льда, а над этим бассейном устанавливаются рельсы с буксировочной тележкой, на нижней части которой установлен динамометр, измеряющий продольную силу. К динамометру присоединен механизм вертикального перемещения, к которому присоединен параллелограмм при помощи штанги. На противоположном конце параллелограмма установлена втулка, через которую проходит пилон. Нижний конец пилона соединен с моделью при помощи шарнира, а на верхнем конце пилона имеется площадка для крепления груза, создающего постоянную вертикальную нагрузку на модель, движущуюся по ледяной трассе. Механизм вертикального перемещения служит для того, чтобы устанавливать параллелограммный механизм в горизонтальное положение при движении модели над ледяной трассой. Кроме того, динамометр, измеряющий продольную силу сопротивления модели при ее движении по ледяной трассе, может быть установлен на нижнем конце пилона и соединен с моделью при помощи шарнира. Для изменения условий проведения испытаний на ледяную трассу перед моделью во время ее движения может подаваться вода через специальное устройство либо на поверхности ледяной трассы создается водяная прослойка необходимой толщины путем налива воды в мелководный бассейн. Технический результат заключается в расширении экспериментальных возможностей стенда для исследования сопротивления трения льда о корпус судна. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стенд для исследования сопротивления трения льда о корпус судна, содержащий каркас, на котором расположен мелководный бассейн, над которым установлены рельсы, по которым может двигаться буксировочная тележка с механизмом вертикального перемещения, отличающийся тем, что на днище мелководного бассейна находится ледяная трасса, к нижней части механизма вертикального перемещения при помощи штанги присоединен торцом параллелограмм, второй торец которого соединен с исследуемой моделью при помощи пилона, проходящего через втулку, установленную в торце этого параллелограмма, причем нижний конец пилона соединен с исследуемой моделью при помощи шарнира, а на верхнем конце пилона установлена площадка для груза, создающего постоянную вертикальную нагрузку на исследуемую модель, движущуюся по ледяной трассе, при этом стенд содержит динамометр, измеряющий силу сопротивления, возникающую на исследуемой модели.

2. Стенд для исследования сопротивления трения льда о корпус судна по п.1, отличающийся тем, что динамометр установлен на буксировочной тележке и соединен с механизмом вертикального перемещения.

3. Стенд для исследования сопротивления трения льда о корпус судна по п.1, отличающийся тем, что динамометр установлен на нижнем конце пилона и соединен с исследуемой моделью при помощи шарнира.

4. Стенд для исследования сопротивления трения льда о корпус судна по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что содержит устройство для подачи воды на поверхность ледяной трассы для создания водяной прослойки.

5. Стенд для исследования сопротивления трения льда о корпус судна по пп.1-4, отличающийся тем, что ледяная трасса представляет собой намороженный лед.

6. Стенд для исследования сопротивления трения льда о корпус судна по пп.1-4, отличающийся тем, что ледяная трасса представляет собой трассу из искусственного льда.