СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ БУКСИРОВОЧНЫХ МОДЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ СУДОВ В ЛЕДОВОМ ОПЫТОВОМ БАССЕЙНЕ
METHOD FOR PERFORMANCE OF TOWING MODEL TESTS OF VESSELS IN ICE EXPERIMENTAL POOL

Изобретение относится к области морского транспорта и способам проведения экспериментальных исследований на моделях ледоколов и судов ледового плавания в ледовых опытовых бассейнах.
Известен способ проведения в ледовом опытовом бассейне буксировочных испытаний модели судна с установленными на корпусе средствами защиты движительно-рулевого комплекса от попадания в него льда, согласно которому модель судна буксируют с заданной скоростью и регистрируют частоту попадания обломков льда к движительно-рулевому комплексу, к ледовым ящикам модели судна и к другим внешним по отношению к корпусу модели устройствам (Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. Л.: Судостроение, 1968).
Недостатком известного способа является существенная зависимость результатов экспериментов от «масштабного эффекта», связанного с несовпадением величины плотности моделированного льда с плотностью льда в натурных условиях. В ледовых опытовых бассейнах моделированный лед имеет более высокую плотность, чем ледяной покров в натурных условиях. Вследствие этого нарушается соотношение между вертикальной силой (архимедова сила) и горизонтальными силами (силы взаимодействия притопленных льдин с корпусом). Эффект от действия горизонтальных сил оказывается существенно сильнее, чем от вертикальных. «Масштабный эффект» проявляется в качественном и количественном несовпадении результатов модельного и натурного экспериментов и вследствие этого в завышении показателей эффективности применения ледоотводящих защитных устройств на основании данных модельного эксперимента.
Заявляемое изобретение решает задачу повышения достоверности результатов модельных испытаний моделей судов в ледовом опытовом бассейне и получения объективных экспериментальных данных, необходимых для проектирования винторулевых комплексов судов и средств их защиты от льда путем создания в ледовом бассейне условий проведения модельного эксперимента, подобных натурным.
м
Для этого по способу проведения буксировочных модельных испытаний в ледовом опытовом бассейне, включающему приготовление поля моделированного льда, проведение испытаний модели путем ее буксировки с заданной скоростью ν, заключающихся в регистрации частоты попадания притопленных обломков льда к движительно-рулевому комплексу, к ледовым ящикам модели судна и к другим внешним по отношению к корпусу модели устройствам при наличии или отсутствии ледовой защиты на корпусе модели, по изобретению предварительно определяют плотность моделированного льда  и после этого в неразрушенном ледяном покрове буксируют модель судна со скоростью, определяемой по соотношению
,
м
н
м
где ν, ν - скорости модели и натурного судна соответственно, λ - масштаб модели, после чего измеряют средний размер полученных обломков льда и ширину канала за моделью, образующихся при прохождении модели в ледяном поле. Затем в неразрушенном ледяном поле перед моделью в полосе шириной, равной ширине канала за моделью, нарезают ледяной покров на отдельные плотно прилегающие друг к другу льдины, размер которых равен измеренному среднему размеру обломков льда, чтобы имитировать сплошной ледяной покров, и в полученном таким образом канале проводят испытание путем буксировки модели, причем буксировку модели при указанных испытаниях осуществляют при уменьшенной по сравнению с ν скоростью , определяемой по соотношению
,
в
где ρ - плотность воды,  - требуемая техническим заданием на проведение экспериментов плотность льда.
Предварительное измерение плотности моделированного льда  необходимо для оценки, насколько измеренная величина отличается от заданного техническим заданием значения плотности для проведения модельного эксперимента, и с использованием измеренной величины  затем определить значение скорости буксировки модели .
м
л
л
м
Буксировка модели в неразрушенном ледяном покрове с  и со скоростью ν, определяемой из соотношения, называемого критерием подобия Фруда , предусмотрена для получения информации о средних размерах секторов льда l, образующихся при разрушении моделью сплошного ледяного покрова, поскольку средний размер обломков зависит от скорости движения модели и толщины льда l=f(ν, h). Это необходимо для создания на участке канала перед моделью судна ледяной зоны с размерами льдин, соответствующими средним размерам обломков льда, полученных в результате предварительной буксировки испытуемой модели, с тем, чтобы уже в полученном таким образом канале провести испытания модели судна.
Уменьшение скорости буксировки модели  в полученной ледяной зоне в  раз позволяет получить в ледовом бассейне соответствующее натурным условиям соотношение вертикальных и горизонтальных сил, действующих на притопленную льдину. При уменьшении скорости движения модели уменьшаются усилия при взаимодействии корпуса и льдины, действующие в горизонтальной плоскости, соотношение указанных сил становится аналогичным натурному.
Устранение влияния «масштабного эффекта», вызванного несовпадением плотности моделированного и натурного льда, происходит за счет снижения величины сил, вызывающих движение находящейся под водой льдины в горизонтальной плоскости. Снижение величины сил, действующих в горизонтальной плоскости, выполняется таким образом, чтобы эти силы были сопоставимы с силами, вызывающими движение льдины в вертикальной плоскости, т.е. чтобы отношение горизонтальных сил к вертикальным у модели и в натурных условиях совпадало. Величина силы Архимеда , действующей на льдину с плотностью , отличается от аналогичной силы , действующей на льдину с плотностью  в следующее число раз:
.
Например, при плотности воды, равной , измеренной плотности моделированного льда  и требуемой техническим заданием плотности льда  получим, что действующая в эксперименте сила Архимеда отличается от требуемой силы Архимеда в 2 раза:
.
Горизонтальное усилие F, действующее на притопленную льдину при ее взаимодействии с корпусом модели или ледовой защитой, можно записать следующим образом:
где m - масса льдины, Δt - время действия ударного импульса, эту величину можно считать постоянной (Рывлин А.Я., Хейсин Д.Е. Испытания судов во льдах. Л.: Судостроение, 1980). Для того чтобы силы, действующие в разных плоскостях, были сравнимы по величине, необходимо уменьшить горизонтальную силу F в  раз. В результате получим силу F′. Это требование позволяет получить выражение для определения нового значения скорости буксировки модели :
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором схематически показана чаша ледового бассейна (вид сверху), в которой проводятся модельные испытания судов по предложенному способу.
В ледовом бассейне 1 наморожено поле моделированного льда 2, которое разделено на участки 3, 4 по длине бассейна, в пределах которых осуществляется буксировка модели 5. На участке 3 показаны обломки льдин 6, образовавшихся в канале 7 после прохождения модели 5, а на участке 4 - нарезанные в канале 8 плотно прилегающие друг к другу льдины 9. Причем ширина канала 8 совпадает с шириной канала 7.
Способ проведения буксировочных модельных испытаний в ледовом опытовом бассейне осуществляется следующим образом.
м
В ледовом бассейне 1 намораживают моделированное ледяное поле 2. После приготовления поля льда измеряют плотность ледяного покрова  и сравнивают ее с заданным техническим заданием на проведение экспериментов плотностью . После этого на участке 3 ледового бассейна буксируют модель 5 со скоростью, равной . Затем проводят измерение среднего размера обломков льдин 6, образовавшихся при прохождении модели 5, а также ширины ледяного канала 7, оставшегося за ней. Затем в неразрушенном ледяном поле 2 перед моделью 5 на участке ледового бассейна 4 в полосе 8 шириной, равной ширине канала 7 за моделью 5, нарезают ледяной покров на отдельные плотно прилегающие друг к другу льдины 9, размер которых равен измеренному среднему размеру обломков льда 6. В полученном таким образом канале 8 с плотно прилегающими друг к другу льдинами 9 проводят испытания путем буксировки модели, регистрируя частоту взаимодействия движителей и внешних устройств модели с льдинами; причем скорость буксировки модели при указанных испытаниях  уменьшают по сравнению с ν и с учетом разницы замеренной  и потребной  определяют ее по соотношению .
Предлагаемый способ позволяет исключить влияние «масштабного эффекта» при проведении модельных испытаний в ледовых условиях в опытовом бассейне и таким образом получить достоверные экспериментальные данные.