Способ испытания моделей судов ледового плавания в опытовом бассейне с искусственным льдом Советский патент 1974 года по МПК B63B9/02 G01M10/00 

I

Изобретение относится к области судостроения.

Известны способы испытания моделей судов ледового плавания в опытовом бассейне с искусственным льдом.

Цель изобретения - получение динамического подобия явлений, происходящих при ломке льда в натуре и моделированном эксперименте.

Для этого по предлагаемому способу испытания модели производят в бассейне с соленым однородным льдом, толщину и механические качества которого устанавливают в зависимости от условий моделирования и его соответствия натуре путем изменения солености воды и температуры окружающего воздуха, при этом однородность его структуры получают введением в охлажденную воду центров кристаллизации в виде мелких снежинок, а за критерий лучшей ледопроходи мости судна принимают полученную в результате испытаний минимальную величину ледового сопротивления в зависимости от скорости судна и толщины ледяного поля.

Испытания моделей судов производят в опытовом бассейне с тележкой или гравитационного типа. Бассейн представляет собой канал, наполненный ВОдой, снабженный буксировочным и рядом других устройств, позволяющих производить измерения скорости движения модели и тяговое усилие при буксировке.

Канал расположен в термоизолированном помещении, имеющем батареи охлаждения, которые размещены над зеркалом канала и на стенах помещения бассейна с таки1м расчетом, чтобы обеспечить равномерное охлаждение замораживаемой поверхности.

Холодильная установка, установленная в

0 одном из вспомогательных помещений, должна обеспечивать охлаждение воды в канале до 0°С и воздуха басеейна не менее, чем до - 15°С в течение 1-2 час, а также поддержание установившейся отрицательной температу5ры длительное время.

В соответствии с теорией подобия для обеспечения динамического подобия явлений, происходящих при ломке льда в натугре и моделированном экспери менте, удовлетворяют

0 следующие условия моделирования.

Сходственные линейные размеры натуры LH и модели LM пропорциональны

,(1)

м

где Л - линейный масштаб.

Отношение скоростей натуры VH и модели УМ удовлетворяет условию

н . ,/

--КА,

(2)

Vv

0

где УЛ - масштаб скорости. Ускорения натуры Лн и модели Лм равны: Л« Л„.(3) Отношение соответствующих сил, действующих на натуру Р„ и модель РМ, удовлетворяет условию °н да Ям где Л - масштаб сил. В таком же отношении находятся массы модели и натуры. Плотности в соответствующих точках натуры РН и модели рм равны Отношение моментов инерции вдасс натуры /н и модели /м удовлетворяет условию А- - где Л - масштаб моментов инерции. Отношение предела прочности на изгиб натурного льда (ар)н к пределу прочности ослабленного льда (ар)м удовлетворяет условию Отношение модуля упругости натурного льда ЕН к модулю упругости ослабленного льда ЕМ удовлетворяет условию Коэффициенты Пуассона натурного льда Цн и ослабленного льда )Лм равиы iig А„.(9) Отношение предела прочности на смятие натурного льда (CTS)H пределу прочности ослабленного льда (cTs) удовлетворяет условию Отношение модуля сдвига натурного льда GH к модулю ослабленного льда GM удовлетворяет условию А. 0„ Коэффициенты сухого трения натуры (/т)н и модели (/;г)м равны (fr}. (frLПри соблюдении всех приведенных условий моделирования форма и размеры льдин, образовавшихся после разрушения ледяных полей судном и его моделью, подобны. Понижение пррчности льда в канале бассейна достигается путем растворения в воде солей хлористого натрия. С повышением солености воды прочность создаваемого ледяного поля уменьшается Для многократного получения постоянных значений прочностных характеристик полей ослабленного льда необходимо строгое соблюдение однообразия всех условий его намораживания. Однородность структуры льда достигается по методу В. В. Лаврова (Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт) . Над поверхностью воды канала, охлажденной до температуры, близкой к 0°С, равномерно рассеиваются частички измельченного инея или очень мелкие снежинки. Попадая в воду, эти частички становятся центрами кристаллизации замерзающей воды. Их большое число (до 10000 на дцм) обуславливает однородность структуры льда. Однородный ослабленный лед зернистое строение и при кратковременном приложении нагрузки ведет себя как упругое тело вплоть до разрушения. Необходимая для испытаний толшина поля ослабленного льда /м в соответствии с условием (1) находится по формуле ы - - а. где /н - заданная толщина натурного ледяного поля. Механические качества ослабленного льда соответствуют условиям 7, 8, 9, 10 и 11, где значения натурных величин заданы (берутся из справочников). На практике соответствие всем условиям достигается приблизительно. Модель судна проходит динамическую тарировку и удовлетворяет условиям 1, 4, 5 и 6. При этом вес модели р равен D,(14) где D - водоизмещение судна. Если шероховатость поверхности модели соответствует шероховатости поверхности судна, то условие 12 удовлетворено. При пробегах в бассейне замеряется полное сопротивление г модели. При этом соблюдаются условия 2, 3 и 4. Предварительно испытаниями на чистой воде определяется сопротивление Гв воды модели. Тогда ледовое сопротивление модели Глед определяется по формуле /-лед .(15) Ледовое сопротивление Гдед определяется для вариантов формы корпуса судна при различных толщинах льда и скорости. Сравнение полученных значений Глед позволяет выбрать оптимальную форму корпуса. Ледовое сопротивление судна определяется В соответствии с условием 4 по формуле. ; - «ед: - Эта формула справедлива для небольших скоростей (один - три узла), что имеет место

при движении судна в предельных толщинах льда.

При скоростях судна более трех узлов не все составляющие ледового сопротивления удовлетворяют критериям подобия, что при применении формулы 16 вызывает значительные погрещности.

Уточненная методика модельных испытаний, основанная на разделении ледового сопротивления на две составляющие разработана Арктическим и Антарктическим институтом.

Предмет изобретения

Способ испытания моделей судов ледового плавания в опытовом бассейне с искусственным льдом, отличающийся тем, что, с целью получения динамического подобия явлений, происходящих при ломке льда в натуре и моделированном эксперименте, испытания модели производят в бассейне с соленым однородным льдом, толщину и механические качества которого устанавливают в зависимости от условий моделирования и его соответствия натуре путем изменения солености воды и температуры окружающего воздуха, при этом однородность его структуры получают введением в охлажденную воду центров кристаллизации в виде мелких , а за критерий лучщей ледопроходимости судна принимают полученную в результате испытаний минимальную величину ледового сопротивления в зависимости от скорости судна и толщины ледяного поля.