Влияние сплоченности мелкобитого льда и ширины ледового канала на ледовое сопротивление судов

Москвичева Юлия Анатольевна

УДК 629.124

Ю.А. Москвичева

ВЛИЯНИЕ СПЛОЧЕННОСТИ МЕЛКОБИТОГО ЛЬДА И ШИРИНЫ ЛЕДОВОГО КАНАЛА НА ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СУДОВ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Приводятся результаты модельных исследований арктического судна-снабженца в мелкобитых льдах различной сплоченности. Приводится приближенная зависимость для учета сплоченности в ледовом сопротивлении. Описывается влияние ширины ледового канала на сопротивление модели в битых льдах.

Ключевые слова: модель судна, модель битого льда, ледовый канал, сопротивление, влияние сплоченности.

Развитие судоходства в условиях продления навигации на морских и внутренних водных путях, необходимое для развития экономики России, ставит задачи прогнозирования ледового сопротивления для различных условий плавания. Одним из таких условий является движение судов в поле мелкобитого льда или в ледовом канале, проложенном ледоколом.

В статье приводятся результаты модельных испытаний в модели битого льда, в ледяном поле и в ледовом канале. Испытания проводились в ледовом бассейне Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. Размеры бассейна 16,5 х 1,65 х 0,9 м. Испытания проводились в июле 2014 г. Битый лед имитировался треугольными плитками полиэтилена высокого давления. Как показали исследования [1], в настоящее время этот материал наиболее полно удовлетворяет условиям подобия, которые для битого льда можно записать в виде:

V 0

Fr =_= idem; /р = idem; f = idem;

4gL

hH 5

S = idem; hM=—; H/q = X2,

Л JM

где индекс «м» относится к модели, индекс «н» относится к натуре; Бг - число Фруда; рл, рв - плотность льда и воды;

/ - коэффициент трения льда или его модели о корпус;

км, - толщины модели льда и натуры;

Л - геометрический масштаб модели;

Бн, - площадь обломков льда натуры и модели.

При выполнении приведенных условий чисто ледовое сопротивление Я4 можно пересчитать по кубу линейного масштаба

пчл _ Е>л г> К - Кобл - Кв,

где ИЛбл - сопротивление обломков льда; Ив - сопротивление воды.

Большое разнообразие ледовых условий, нестабильность свойств и характеристик битых льдов, делают достаточно сложным точно и определенно зафиксировать многочисленные параметры, характеризующие натуральную ледовую обстановку (формы и размеры льдин, их сплоченность), поэтому в эксперименте приближенно моделируется движение

судна в некоторой условной среде с осредненными характеристиками. Условия подобия соблюдаются лишь в наиболее важных характеристиках битого льда (толщины, сплоченности, ширины канала и коэффициента трения льда о корпус). При этом можно выполнить повторяемость проводимых опытов. Отношение размеров льдин в плане к толщине принимались равными 6, что соответствует средним размерам обломков при разрушении льда изгибом

(5 - 7).

Плотность льда полиэтилена высокого давления рл ~ 0,92 т/м , коэффициент трения /~ 0,15, что соответствует реальным ледовым условиям.

В поле и в канале битого льда испытывалась модель судна-снабженца ледового класса, выполненная из дерева и покрытая специальной эмалью, обеспечивающей близкий коэффициент трения полиэтилена о корпус. Модель выполнена в масштабе 1:100 с характеристиками: Ь = 1450 мм, В = 270 мм, Т = 77 мм, Н = 155 мм, масса модели 26,4 кг.

Бассейн оборудован гравитационной буксировочной системой - сопротивление измерялось весом падающего буксировочного груза, скорость - частотомером, работающем от фоторезистора, сигналы от которого через АЦП передавались на компьютер. Сплоченность битого льда определялась суммарной площадью обломков (плиток полиэтилена), заполнявших водную поверхность бассейна.

Испытания проводились при разной сплоченности льда от 0 до 10 баллов через один балл, что соответствовало функции сплоченности Б = 0; 0,1; 0,2 ... 1,0.

Результаты испытаний приведены на рис. 1. Каждое испытание повторялось 3-4 раза, из которых выбиралось среднеарифметическое значение.

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

Кобл'Н

Л "АХ* п-ю=€)

Д ■ АХ* П-В®

Л ■ А X • □

Д ■ А хв о=®

А X «□

♦< □

0,1

0,2

0,3

0,4

V, м/с

Рис. 1. Зависимость сопротивления модели от скорости при движении в битых льдах разной сплоченности:

О - 0; ♦ - 1; = - 2; О- 3; + 4; □ - 5; • - 6; X - 7; ▲ - 8; ■ - 9; Д - 10

Экспериментальные данные для построения графика приведены в табл. 1

Таблица 1

Сопротивление модели в битом льду заданной сплоченности

Сплоченность льда, баллы Наименование Величины

10 V, м/с 0,125 0,183 0,220 0,248 0,281

Rобл, кН 0,365 0,445 0,525 0,610 0,685

9 V, м/с 0,150 0,196 0,242 0,265 0,310

Яобл, кН 0,365 0,445 0,525 0,610 0,685

8 V, м/с 0,170 0,216 0,268 0,290 0,322

Rобл, кН 0,365 0,45 0,525 0,610 0,685

7 V, м/с 0,120 0,192 0,238 0,278 0,310 0,342