Стенд для исследования влияния зазора между льдом и корпусом судна на его сопротивление движению Российский патент 2025 года по МПК B63B71/20 G01M10/00 G01L3/00 

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 В63В9/02, G01М10/00, 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 RU 2285906 («Способ и устройство установки для исследования гидродинамического сопротивления», МПК G01М10/00, публ. 20.10.2006 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 обшивки судна, движущегося во льдах.

Известны авторские свидетельства SU 894396 («Способ определения сопротивления трения обшивки корпуса судна», МПК G01М10/00, В63В9/02, публ. 30.12.1981 г.) и SU 938060 («Установка для экспериментального определения гидродинамического сопротивления элементов судовой обшивки», МПК G01М10/00, 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 специализированный стенд.

Анализ патентных материалов показал отсутствие такого рода экспериментальных установок.

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

Технический результат в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что разработанный стенд для исследования влияния зазора между льдом и корпусом судна на его сопротивление движению так же, как и стенд-прототип, содержит каркас, на котором расположен мелководный бассейн, над которым установлены рельсы, по которым может двигаться буксировочная тележка над ледовой трассой, намороженной естественным способом либо выложенной из искусственного льда, а на буксировочной тележке установлен механизм вертикального перемещения исследуемой модели судна. Новым является то, что подвижная часть механизма вертикального перемещения соединена с моделью судна через двухкомпонентный динамометр, измеряющий вертикальную и горизонтальную силы, причем с механизмом вертикального перемещения двухкомпонентный динамометр жестко соединен с помощью штанги, а с исследуемой моделью динамометр, измеряющей горизонтальную силу, соединен при помощи пилона.

В частном случае установленные над бассейном рельсы круглого сечения имеют возможность углового перемещения в вертикальной плоскости, необходимого для их установки параллельно поверхности ледяной трассы, при помощи самоустанавливающейся гайки, установленной между двух втулок, скользящих по концам рельс, с возможностью поворота относительно продольной оси втулок и проходящего через эту гайку винта, закрепленного при помощи двух кронштейнов с подшипниками, закрепленными на одном из торцов стенок каркаса стенда, при этом противоположные концы рельс закреплены при помощи шарниров на противоположной торцевой стенке каркаса стенда. Это необходимо для сохранения постоянного зазора между поверхностью модели и поверхностью ледяной трассы при буксировке модели.

Во втором частном случае реализации предлагаемого устройства между буксировочной тележкой и подвижной частью динамометра, измеряющей вертикальную силу, установлен датчик перемещения, измеряющий во время движения исследуемой модели зазор между моделью и ледовой трассой.

В другом частном случае для установки первоначального задаваемого программой испытаний зазора между исследуемой моделью и ледяной трассой между буксировочной тележкой и подвижной частью механизма вертикального перемещения установлен индикатор перемещения часового типа.

Изобретение поясняется следующими фигурами.

На фиг.1 показан общий вид стенда сбоку.

На фиг.2 - рабочий участок стенда сбоку.

На фиг.3 - рабочий участок стенда сверху.

Стенд для исследования трения льда о корпус судна (фиг.1-3) 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 круглого сечения. Одни концы этих рельс 4 закреплены при помощи шарниров 5 на одной из торцевых стенок 6 рабочего участка стенда 7. При этом противоположные концы рельсов 4 крепятся к противоположной стенке 8 рабочего участка стенда 7 при помощи самоустанавливающейся гайки 9 (см.фиг.3), закрепленной на концах рельс 4 при помощи скользящих втулок 10 и винта 11, проходящего через гайку 9, и закрепленного на стенке 8 при помощи кронштейнов 12 с возможностью вращения. На рельсах 4 установлена буксировочная тележка 13, приводимая в движение бесконечным тросом 14, натянутым на приводной ролик 15 и натяжной ролик 16. Концы троса 14 закреплены на буксировочной тележке 13. Приводной ролик 15 соединен с электроприводом 17, а натяжной ролик 16 соединен с датчиком скорости 18. На тележке 13 закреплен механизм вертикального перемещения 19, подвижная часть которого соединена штангой 20 с двухкомпонентным динамометром 21. Двухкомпонентный динамометр 21 жестко соединен с исследуемой моделью 22 при помощи пилона 23 (см.фиг.2) или непосредственно с динамометром 21. Подвижная часть механизма вертикального перемещения 19 может быть соединена с индикатором перемещения часового типа 24 (п.4 ф-лы), жестко закрепленного на буксировочной тележке 13, а подвижная часть динамометра 21, измеряющего вертикальную силу, соединена с датчиком перемещения 25 (п.3 ф-лы), жестко закрепленного на буксировочной тележке 13.

Ледяная трасса 3, выложенная на дне мелководного бассейна 2, может быть залита водой 26 любого уровня. Концы рельсов 4 в районе расположения самоустанавливающейся гайки 9 соединены между собой планкой 27.

Стенд для исследования влияния зазора между льдом и корпусом судна на его сопротивление движению 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 23 крепится исследуемая модель 22. Проверяют параллельность рельсов 4 ледяной трассе 3 путем контрольной прогонки модели 22 на малой скорости с контролем зазора между днищем модели 22 и ледовой трассой 3. При необходимости рельсы 4 регулируют при помощи винта 11, добиваясь чтобы днище модели 22 было параллельно ледяной трассе 3 во время ее буксировки. Добившись параллельности движения модели 22 ледовой трассе 3, модель 22 приподнимают над трассой 3 при помощи механизма вертикального перемещения 19 и выполняют градуировку двухкомпонентного динамометра 21 при помощи установки двух роликов (на фиг.1-3 ролики не показаны): одного на буксировочной тележке для градуировки динамометра вертикальной силы, а другого на торцевой стенке 8 для градуировки динамометра горизонтальной силы (сопротивления). Затем при помощи индикатора перемещения часового типа 24 устанавливается необходимый зазор между днищем модели 22 и ледяной трассой 3. В зависимости от программы испытаний наливается вода 26 до необходимого уровня. Буксировочная тележка 13 устанавливается в исходное положение, а затем при помощи электропривода 17 разгоняется до необходимой скорости. Скорость буксировочной тележки 13 контролируется датчиком скорости 18 (например, оптронным).

На мерном участке стенда осуществляется замер вертикальной силы (силы давления) и горизонтальной силы (силы сопротивления). Отношение силы сопротивления Х к силе давления Y определит коэффициент трения льда о корпус модели судна:

Таким образом, определяется коэффициент трения льда f о корпус судна при разных зазорах между днищем модели 22 и льдом на разных скоростях при разной шероховатости корпуса модели.

Таким образом, предлагаемый стенд позволяет исследовать коэффициент трения льда о корпус судна с разной шероховатостью, с разным зазором между льдом и обшивкой корпуса на разных скоростях.

Изобретение относится к области экспериментального исследования сопротивления движению судна во льдах, обусловленного трением льдин о корпус судна. Стенд для исследования влияния зазора между льдом и корпусом судна на его сопротивление движению содержит каркас, на котором расположен мелководный бассейн, над которым установлены рельсы, по которым может двигаться буксировочная тележка над ледовой трассой, намороженной естественным способом либо выложенной из искусственного льда, а на буксировочной тележке установлен механизм вертикального перемещения исследуемой модели судна. Подвижная часть механизма вертикального перемещения соединена с моделью судна через двухкомпонентный динамометр, измеряющий вертикальную и горизонтальную силы. С механизмом вертикального перемещения двухкомпонентный динамометр жестко соединен с помощью штанги, а с исследуемой моделью динамометр, измеряющей горизонтальную силу, соединен при помощи пилона. Достигается расширение экспериментальных возможностей стенда для исследования сопротивления трения льда о корпус судна. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Стенд для исследования влияния зазора между льдом и корпусом судна на его сопротивление движению, содержащий каркас, на котором расположен мелководный бассейн, над которым установлены рельсы, по которым может двигаться буксировочная тележка над ледовой трассой, намороженной естественным способом либо выложенной из искусственного льда, а на буксировочной тележке установлен механизм вертикального перемещения исследуемой модели судна, отличающийся тем, что подвижная часть механизма вертикального перемещения соединена с моделью судна через двухкомпонентный динамометр, измеряющий вертикальную и горизонтальную силы, причем с механизмом вертикального перемещения двухкомпонентный динамометр жестко соединен с помощью штанги, а с исследуемой моделью динамометр, измеряющий горизонтальную силу, соединен при помощи пилона.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что установленные над бассейном рельсы круглого сечения имеют возможность углового перемещения в вертикальной плоскости при помощи самоустанавливающейся гайки, установленной между двух втулок, скользящих по концам рельсов, с возможностью поворота относительно продольной оси втулок и проходящего через эту гайку винта, закрепленного при помощи двух кронштейнов с подшипниками, закрепленными на одном из торцов стенок каркаса стенда, при этом противоположные концы рельсов закреплены при помощи шарниров на противоположной торцевой стенке каркаса стенда.

3. Стенд по любому пп.1 или 2, отличающийся тем, что между буксировочной тележкой и подвижной частью динамометра, измеряющей вертикальную силу, установлен датчик перемещения, измеряющий во время движения исследуемой модели зазор между моделью и ледовой трассой.

4. Стенд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что для установки первоначального задаваемого программой испытаний зазора между исследуемой моделью и ледяной трассой между буксировочной тележкой и подвижной частью механизма вертикального перемещения установлен индикатор перемещения часового типа.