Способ определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне

Способ определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно - к ледовым опытовым бассейнам для проведения испытаний моделей судов и инженерных сооружений, и может быть использовано для оперативного определения и контроля прочности моделированного льда в процессе проведения гидродинамических экспериментов с буксируемыми моделями в ледовых опытовых бассейнах.

Известен способ определения прочности льда, согласно которому прочность льда определяют путем разрушения консольных балок льда на плаву и с использованием силового динамометра, при этом измеряют соленость льда и его среднюю по толщине температуру. Полученные результаты выводят на регистрирующую аппаратуру (Е.Б. Карулин, М.М. Карулина, А.С. Шестов и А.В. Марченко. Исследование прочности льда на изгиб в Фиордах западного Шпицбергена. Труды Центрального научно-исследовательского института имени академика А.Н. Крылова, вып. 63(347). - Спб., 2011, стр. 131-142) - прототип.

Однако определение прочности льда методом его разрушения приводит к сокращению площади ледового поля, необходимого для проведения испытаний моделей, и, кроме того, в различных точках ледового поля средняя температура льда по его толщине как правило не одинакова и, соответственно, не одинакова прочность льда в этих точках, поэтому в процессе испытаний модели путем ее буксировки в выбранной полосе ледового поля результаты эксперимента с буксируемыми моделями будут иметь погрешность и будут недостоверными.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, обеспечивающего оперативное и неразрушающий лед определение прочности моделированного льда в темпе ведения эксперимента с буксируемыми моделями в ледовом опытовом бассейне для повышения точности и достоверности результатов модельного эксперимента при одновременном повышении эффективности использования ледового поля для проведения в нем указанных экспериментов.

Для этого в способе определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне, включающем измерение средней солености льда и средней температуры льда по его толщине и определение прочностных свойств льда на изгиб методом разрушения консольных балок льда на плаву, по изобретению предварительно в выбранном опытовом ледовом бассейне намораживают моделированные ледяные покровы, имеющие различные среднюю температуру, среднюю соленость и структуру, в которых затем проводят эксперименты по упомянутому определению прочности льда путем разрушения консольных балок льда на плаву с измерением средней солености льда S и средней температуры t по его толщине, в результате которых получают данные о прочности льда σ в виде зависимости σ=f(S,t), и структуры льда для выбранного опытового бассейна. А перед проведением модельных испытаний перед каждым экспериментом с буксируемыми моделями измеряют в ледовом опытовом бассейне среднюю соленость льда и температуру приледного слоя воды, которые вводят в бортовой компьютер. После чего, в процессе проведения испытаний с буксируемыми моделями, в темпе ведения эксперимента определяют температуру поверхности льда непосредственно перед буксируемой моделью на расстоянии, равном не менее восьми толщинам ледового покрова опытового бассейна перед буксируемой моделью в полосе шириной в 1,1-1,2 ширины испытуемой модели с помощью измерительного тепловизора, сканирующего поверхность льда в указанной полосе, значения которой постоянно регистрируют на бортовом компьютере, который на основе полученных данных вычисляет среднюю температуру льда по формуле:

где t_пов. - температура поверхности льда, t_прил. - температура приледного слоя воды. И с использованием полученных результатов измерений характеристик льда и результатов расчета компьютером и с применением ранее полученной зависимости σ=f(S,t), после обработки на компьютере, получают в процессе буксировки модели информацию о прочности льда вдоль полосы буксировки.

Предварительное определение прочности льда путем разрушения консольных балок льда на плаву в моделированных ледовых покровах, имеющие различную среднюю температуру, среднюю соленость и структуру с получением данных о прочности льда σ в виде зависимости σ=f(S,t) для выбранного опытового бассейна, позволяет использовать полученную кривую зависимости в компьютере при определении прочности льда в процессе ведения эксперимента с буксируемыми моделями в ледовом опытовом бассейне.

Определение температуры поверхности льда непосредственно перед буксируемой моделью на расстоянии, равном не менее восьми толщинам ледового покрова опытового бассейна, с помощью измерительного тепловизора обосновано тем, что на указанном расстоянии перед движущейся моделью лед не имеет признаков разрушения, и благодаря этому обеспечивается выполнение измерений с получением данных по температуре поверхности не разрушенного перед буксируемой моделью льда, имеющего исходные физико-механические свойства.

Определение прочности льда одновременно в процессе проведения эксперимента с моделями в ледовом опытовом бассейне позволяет повысить эффективность использования ледового поля за счет исключения сокращения его площади для проведения испытаний моделей, имеющего место при определении прочности льда известным методом разрушения консольных балок на плаву.

Определение прочности льда в темпе ведения эксперимента с буксируемыми моделями в выбранной полосе ледового поля позволяет повысить точность и достоверность результатов модельного эксперимента, проводимого в ледовом поле.

Предлагаемый способ определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне осуществляется с помощью приведенного на рисунках устройства, где на фиг. 1 показан общий вид устройства, а на фиг. 2 - вид сверху на устройство на фиг. 1.

Устройство включает размещенную в ледовом опытовом бассейне буксировочную тележку 1, к которой прикреплена испытуемая модель 2 и на которой размещен измеритель температуры поверхности льда ледового покрова 3 бассейна в виде сканирующего поверхность льда измерительного тепловизора 4 (фиг. 1). Измерительный тепловизор 4 расположен на штанге 5, закрепленной на буксировочной тележке 1, и размещен непосредственно перед моделью 2 на расстоянии L, равном не менее восьми толщинам ледового покрова 3 опытового бассейна (фиг. 1). Тепловизор 4 установлен с возможностью осуществления по штанге 5 возвратно-поступательных движений поперек направления движения модели 2 в зоне шириной в пределах 1,1-1,2 ширины испытуемой (буксируемой) модели 2 со скоростью, заданной в зависимости от скорости буксировки испытуемой модели 2 (фиг. 2). Устройство содержит измеритель солености льда и средство разрушения консольных балок с динамометром, связанным с регистрирующей аппаратурой (на рисунке не показаны), и бортовой компьютер 6, который расположен на буксировочной тележке 1 и связан с измерительным тепловизором 4.

Предлагаемый способ определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне осуществляется с помощью предлагаемого устройства следующим образом.

Предварительно в выбранном опытовом ледовом бассейне намораживают моделированные ледяные покровы, имеющие различные среднюю температуру, среднюю соленость по толщине и структуру, в которых затем определяют прочность льда при соответствующей солености S и средней температуре t по его толщине путем разрушения консольных балок льда на плаву, в результате чего получают данные о прочности льда σ в виде зависимости σ=f(S,t) и структуры льда для выбранного опытового бассейна.

Перед проведением модельных испытаний, перед каждым экспериментом с буксируемыми моделями 2, измеряют в ледовом опытовом бассейне среднюю соленость льда 3 и температуру приледного слоя воды, которые вводят в бортовой компьютер 6.

Затем при проведении эксперимента в процессе буксировки испытуемой модели 2 непрерывно измеряют температуру поверхности льда 3 перед моделью 2 в полосе ледового покрова в пределах зоны шириной в 1,1-1,2 ширины модели 2 на расстоянии, равном не менее восьми толщинам ледового покрова бассейна, с помощью измерительного тепловизора 4, сканирующего поверхность льда 3 в указанной полосе, совершая возвратно-поступательные движения поперек закрепленной на испытательной тележке 1 штанге 5 со скоростью, предусмотренной режимом буксировки модели 2. Полученные данные измерительного тепловизора 4 вводятся в бортовой компьютер 6, в котором непрерывно в темпе ведения эксперимента регистрируются в виде значений температуры поверхности льда в испытуемой полосе льда 3, и вычисляется средняя температура льда по его толщине в указанной полосе как среднеарифметическое между температурой поверхности льда и приледного слоя воды. Одновременно, обрабатывая бортовым компьютером 6 полученные данные о средней температуре льда по его толщине и о его средней солености с применением предварительно полученной кривой зависимости прочности льда σ=f(S,t), получают в процессе буксировки модели 2 информацию о прочности льда вдоль полосы буксировки модели 2.

Используя полученные данные о прочности льда вдоль полосы буксировки испытуемой модели 2, вводят поправки в результаты экспериментов с моделями тел 2, проводимых в ледовом опытовом бассейне.

Предлагаемый способ определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне позволяет обеспечить оперативное, не разрушая при этом ледового покрова бассейна, определение прочности моделированного льда в темпе ведения эксперимента с буксируемыми моделями в ледовом опытовом бассейне для повышения точности и достоверности результатов модельного эксперимента, при одновременном повышении эффективности использования ледового поля для проведения в нем указанных экспериментов, что их выгодно отличает от прототипов.

Способ определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне, включающий измерение средней солености льда и средней температуры льда по его толщине и определение прочностных свойств льда на изгиб методом разрушения консольных балок льда на плаву, отличающийся тем, что предварительно в выбранном опытовом ледовом бассейне намораживают моделированные ледяные покровы, имеющие различные среднюю температуру, среднюю соленость и структуру, в которых затем проводят эксперименты по упомянутому определению прочности льда путем разрушения консольных балок льда на плаву с измерением средней солености льда S и средней температуры t по его толщине, в результате которых получают данные о прочности льда σ в виде зависимости σ=f (S, t), и структуры льда для выбранного опытового бассейна, а перед проведением модельных испытаний перед каждым экспериментом с буксируемыми моделями измеряют в ледовом опытовом бассейне среднюю соленость льда и температуру приледного слоя воды, которые вводят в бортовой компьютер, после чего, в процессе проведения испытаний с буксируемыми моделями, в темпе ведения эксперимента определяют температуру поверхности льда непосредственно перед буксируемой моделью на расстоянии, равном не менее восьми толщинам ледового покрова опытового бассейна перед буксируемой моделью в полосе шириной в 1,1-1,2 ширины испытуемой модели с помощью измерительного тепловизора, сканирующего поверхность льда в указанной полосе, значения которой постоянно регистрируют на бортовом компьютере, который на основе полученных данных вычисляет среднюю температуру льда по формуле: где t_пов. - температура поверхности льда, t_прил. - температура приледного слоя воды, и с использованием полученных результатов измерений характеристик льда и с применением ранее полученной зависимости σ=f (S, t), после обработки на компьютере, получают в процессе буксировки модели информацию о прочности льда вдоль полосы буксировки.