Устройство для исследования процессов разрушения льда при взаимодействии с морскими сооружениями в ледовом бассейне

Полезная модель относится к устройствам для экспериментальных исследований воздействия льда на морские сооружения и касается вопроса визуализации механизмов его разрушения при проведении испытаний по определению ледовых нагрузок в ледовом опытовом бассейне с использованием моделей.
Уровень техники известен из способов исследований особенностей разрушения льда при взаимодействии с морскими инженерными сооружениями и определения ледовых нагрузок (Лосет С., Шхинек К. Н., Гудместад О., Хойланд К. Воздействие льда на морские и береговые сооружения. - СПб.: Лань, 2010. - 272 с).
Известно оборудование для проведения экспериментальных исследований морской ледотехники, где в стенки и дно ледового бассейна установлены подводные прозрачные иллюминаторы (Timofeev O.Ya., Sazonov K.E., Dobrodeev A.A. (2015) New ice basin of the Krylov State Research Centre. Proceedings of the 22nd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. Trondheim, Norway, 8 с). Иллюминаторы располагаются в обзорных галереях и позволяют в ходе модельных испытаний в дополнение к наблюдениям за взаимодействием модели со льдом сверху из чаши опытового бассейна провести визуализацию и выполнить фото- и видеосъемку характера разрушения льда снизу и сбоку.
Недостатком технического решения является значительное расстояние от точки наблюдения через иллюминаторы до происходящих при взаимодействии модели со льдом процессов, обусловленное размерами опытового бассейна. Причем в ходе экспериментов получается зафиксировать лишь общую картину разрушения льда и образования соответствующих обломков. Таким образом, при использовании иллюминаторов не удается определить зону контакта льда с сооружением и точный размер обломков, образующихся при его разрушении.
Известно устройство для буксировочных испытаний модели буровой платформы в опытовом бассейне, выполненное по патенту RU 2 168 438 C2, 10.06.2001, содержащее буксировочную тележку с жестко закрепленными рамой со штангой, выполненной с переменной по высоте поперечной жесткостью и связанной с буксируемой моделью через динамометр с датчиками сил и моментов, и выполненным в виде плоской пластины, подвешенной через динамометры к раме буксировочной тележки, имитатором морского дна - прототип.
Недостатком известного устройства является невозможность организации наблюдений за характером разрушения льда через подводные иллюминаторы опытового бассейна сквозь имитатор дна, а также ограниченный угол обзора систем фото- видеофиксации процессов взаимодействия масштабных моделей морских сооружений со льдом.
Техническая проблема, решаемая с использованием полезной модели, заключается в улучшении визуализации процессов разрушения льда при проведении экспериментальных исследований взаимодействия с ним морских сооружений в ледовом бассейне.
Достигается это тем, что в устройстве для исследований процессов разрушения льда при взаимодействии с морскими сооружениями в ледовом бассейне, включающем жестко установленную на динамометре с датчиками сил и моментов модель, стенки корпуса модели, с которыми осуществляется взаимодействие льда, изготавливаются из прозрачного материала, а остальные стенки корпуса - из непрозрачного материала, при этом на всей поверхности модели наносится разметка в виде горизонтальных и вертикальных линий с шагом фиксированного размера для определения размеров обломков, образующихся при разрушении льда, а внутри модели устанавливается экшн-камера с разрешением от 1080р для съемки видео высокой четкости, обеспечивающая фиксацию процессов разрушения льда, размеров образующихся обломков и области их контакта с моделью через прозрачные стенки, причем смена положения камеры и ее обслуживание в ходе эксперимента осуществляются через технологическое окно с защитным экраном, расположенное выше уровня воды на расстоянии не менее чем 2 толщины моделируемого льда, в стенке корпуса.
Изготовление стенок корпуса исследуемой модели морского сооружения, с которыми осуществляется взаимодействие льда, из прозрачного материала, позволяет организовать изнутри корпуса наблюдение за процессами разрушения льда посредством видеосъемки.
Исполнение части стенок корпуса модели с использованием непрозрачного материала позволяет расширить номенклатуру материалов, пригодных для создания каркаса с целью обеспечения общей прочности изделия и его жесткого крепления к динамометру.
Нанесение на всех поврехностях модели разметки в виде горизонтальных и вертикальных линий с шагом фиксированного размера обеспечивает возможность определения размеров обломков, образующихся при разрушении льда, а также сопоставления данных визуализации эксперимента, полученных с использованием нескольких устройств для фото- и видеофиксации.
Установка экшн-камеры с разрешением от 1080р для съемки видео высокой четкости, которая обладает небольшими габаритами и массой, а также рассчитана на забрызгивание водой, тряску и удары, позволяет осуществлять видеосъемку процессов разрушения льда, измерения размеров образующихся обломков и контроль области их контакта с сооружением изнутри корпуса через его прозрачные стенки при любых размерах моделей, используемых для экспериментальных исследований в ледовом бассейне.
Изготовление технологического окна в непрозрачной стенке модели на расстоянии выше уровня воды не менее чем 2 толщины моделируемого льда, позволяет снизить вероятность попадания брызг внутрь модели. Окно необходимо для обслуживания в ходе эксперимента измерительного оборудования, а также используемой экшн-камеры. Защитный экран служит препятствием для забрызгивания внутреннего пространства модели и попадания фрагментов льда.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в том, что стенки корпуса модели, с которыми осуществляется взаимодействие льда, изготавливаются из прозрачного материала, а остальные стенки корпуса - из непрозрачного материала, при этом на всей поверхности модели наносится разметка в виде горизонтальных и вертикальных линий с шагом фиксированного размера для определения размеров обломков, образующихся при разрушении льда, а внутри модели устанавливается экшн-камера с разрешением от 1080р для съемки видео высокой четкости, обеспечивающая фиксацию процессов разрушения льда, размеров образующихся обломков и области их контакта с моделью через прозрачные стенки, причем смена положения камеры в ходе эксперимента осуществляется через технологическое окно, расположенное выше уровня воды на расстоянии не менее чем 2 толщины моделируемого льда, в стенке корпуса, что позволяет улучшить визуализацию механизмов разрушения льда при проведении испытаний по определению ледовых нагрузок в ледовом опытовом бассейне.
Сущность предполагаемой полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 изображена схема применения устройства для исследований процессов разрушения льда при взаимодействии с морскими сооружениями в ледовом бассейне, на фиг. 2 показан пример использования устройства на модели морского сооружения с одной наклонной и одной вертикальной гранями, взаимодействующими со льдом.
Исследуемая модель 1 морского сооружения жестко крепится к динамометру 2 с датчиками сил и моментов на болтах 3, которые зафиксированы гайками 4. Стенки 5 корпуса модели 1, с которыми осуществляется взаимодействие льда 6, изготавливаются из прозрачного материала, а остальные стенки 7 корпуса модели 1 - из непрозрачного материала. На всей поверхности модели 1 наносится разметка 8 в виде горизонтальных и вертикальных линий с шагом фиксированного размера для определения размеров обломков 9, образующихся при разрушении льда 6, а внутри модели 1 устанавливаются экшн-камера 10 с разрешением от 1080р для съемки видео высокой четкости, обеспечивающая фиксацию процессов разрушения льда 6, размеров образующихся обломков 9 и области их контакта с моделью 1 через прозрачные стенки 5, причем смена положения камеры 10 и ее обслуживание в ходе эксперимента осуществляется через технологическое окно 11 с защитным экраном 12, расположенное выше уровня воды на расстоянии не менее чем 2 толщины моделируемого льда 6, в стенке 7 корпуса. Защитный экран 12 крепится к модели на магнитах 13 для уменьшения времени на его монтаж и демонтаж.
Предлагаемое устройство для исследований процессов разрушения льда при взаимодействии с морскими сооружениями в ледовом бассейне позволяет проводить экспериментальные исследования моделей с детальной визуализацией процессов разрушения льда и сопоставлением характера ломки с измеряемой ледовой нагрузкой, что ее выгодно отличает от прототипа.