Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.4.2. Буксировочные испытания моделей СВП в битом льду
В опытовом бассейне КнАГТУ проводились буксировочные испытания моделей СВП как на чистой воде, так и в поле битого льда различной сплоченности (Рис.2.108, 2.109). В качестве модельного льда использовался полиэтилен высокого давления плотностью 0,9 т/ м3 и коэффициентом трения по полиэтилену 0,2, что очень близко к натурному льду. С учетом выбранного масштаба модели СВП размеры плиток составили 100 ×100×20 мм. Поскольку форма плиток принципиального значения не имеет то она была выбрана квадратной из соображений простоты укладки ледяного поля. Битый лед укладывался на поверхности воды отдельными картами, которые затем соединялись и образовывали сплошное поле. Для уменьшения трудоемкости этой операции битый лед укладывали не по всей ширине бассейна, а на его определенной части (рис.2.108).
Рис.2.108.Буксировка схематизированной модели СВП К-1 в модельном битом льду сплоченностью 10 баллов
Рис.2.109.Схема расположения модели СВП и измерительных датчиков: 1- бассейн; 2 - буксировочная тележка
Ширина и характер ограничения ледового канала не сказывались на волнообразовании, потому что кромки формировали ограничивающими рейками или плавающими пластинами незначительной жесткости, установленными на определенной ширине. Экспериментально было установлено, что минимальная ширина канала при проведении экспериментов по ходкости СВП должна составлять около трех ширин модели [78].
Для буксировочных испытаний были спроектированы и изготовлены две схематизированные модели СВП К-1 [101]. Это было необходимо как для испытания одиночной модели, так и буксировок моделей СВП, счаленных бортами с целью изучения интерференции волновых систем.
При проведении модельных испытаний измерялись следующие параметры: скорость модели, угол дифферента, сопротивление движению, расход воздуха вентилятора модели, профиль возбуждаемых волн (рис.2.110), параметры битого льда и глубина воды. Буксировки модели СВП на чистой воде (рис.2.111, 2.112) выполнялись для получения данных для сравнительного анализа, а также для отладки контрольно-измерительной аппаратуры. Перед каждой серией буксировок выполнялись тарировки датчиков сопротивления, угла дифферента, датчиков давления, измерялся расход воздуха.
Рис.2.110.Типовая запись самописцем профиля волны
Рис.2.111.Движение модели СВП со скоростью, выше критической: вид на нос (вверху) и вид на корму
Рис.2.112.Испытания модели СВП на чистой воде
Испытания в битом льду проводились при сплоченности ледяного поля 2-10 баллов с шагом в 2 балла (рис.2.113). После проведения испытаний в десятибалльном льду из уложенного канала часть плиток льда удалялась, чем обеспечивалась требуемая сплоченность льда.
Рис.2.113.Буксировки модели в битом льду четырех, шести и восьми бальной сплоченности
Буксировки осуществлялись на глубинах и при различных расходах воздуха вентилятора модели как в битом льду, так и на чистой воде. Это позволило установить качественную картину влияния мелководья, сплоченности льда, и дифферента на полное сопротивление среды движению модели [44].
Экспериментальные исследования влияния неустановившихся режимов движения СВП на интенсивность волн в битом льду проводились в опытовом бассейне КнАГТУ с моделью битого льда различной сплоченности. Опыты подтвердили существование дополнительного эффекта, повышающего эффективность резонансного разрушения льда в случае разгона, торможения и пульсации давления в воздушной подушке. Буксировки модели СВП проводились на режимах разгона и торможения для увеличения амплитуд волн в опытовом бассейне как на чистой воде, так и в битых льдах.
Опыты по изучению зависимости сплоченности битого льда от количества проходов СВП ставились для определения ледоочистительных качеств воздушной подушки. Для этого выполнялись буксировки модели в диапазоне скоростей 0,5 - 3,5 м/с над льдом 2 -10 баллов. Количество проходов ограничивалось пятью. Изменение состояния ледового поля фиксировалось с помощью фотосъемки. Было замечено, что существенного изменения сплоченности битого льда от количества проходов не происходило. Так после первого прохода по ледовому полю сплоченностью 10 баллов происходило смещение пластинок, их частичное притапливание и наслоение друг на друга (рис.2.114).
Рис.2.114.Состояние ледяного поля сплоченностью 10 баллов после одного прохода модели СВП с резонансной скоростью
Последующие проходы модели СВП над ледовыми полями различной сплоченности их существенных изменений не произвели. На рис.2.115 видно, что состояние ледового поля сплоченностью 8 баллов после трех проходов модели с резонансной скоростью осталось практически без изменений.
Выполненные исследования позволили прийти к заключению, что битый лед оказывает значительное влияние на сопротивление движению СВП. При этом роль отдельных составляющих полного сопротивления на разных скоростях сильно меняется. Так, например: при сплошности льда 2 балла (Fr<0,3) сопротивление движению было меньше, чем в восьмибальном льду, но больше, чем в шестибальном. Таким образом, движение СВП во льду требовало детального изучения и принципиального пересмотра методики пересчета модельных данных на натуру. Для этих целей проведены эксперименты не с условной моделью СВП (модель К-1), а с геометрически подобной моделью (модель К-2) для последующего пересчета сопротивления и сопоставления результатов.
Рис.2.115.Состояние ледяного поля сплоченность 8 баллов после трех проходов модели СВП с резонансной скоростью
Рис.2.116.Движение масштабной модели СВП К-2 в битом льду
Дальнейшие исследования взаимодействия СВП с битым льдом были продолжены с масштабной моделью СВП "Cкат" (модель К-2) в опытовом бассейне КнАГТУ (рис.1.116). Их целью было иссле-дование нестационарных режимов и их влияния на интенсивность волн. Ставилась задача исследования нестационарных режимов при движении модели в битом льду различной бальности [69].
При проведении модельных испытаний фиксировались следующие параметры: ускорение и скорость модели, угол дифферента, сила сопротивления, параметры битого льда, глубина воды при помощи измерительного оборудования (рис.1.117, 1.118).
Рис.2.117.Узел подвески модели масштабной модели СВП к пилону буксировочной тележки
Рис.2.118.Измерительное оборудование буксировочной тележки
В результате экспериментов получены: зависимость высоты ИГВ от бальности; зависимость угла дифферента от ускорения при максимальной высоте волны; зависимость относительной высоты волны от ускорения на нестационарных режимах; зависимость времени выхода модели на режим с максимальным сопротивлением от бальности битого льда.
Соответственно, были сделаны выводы:
- с увеличением бальности льда на любых режимах снижалась высота ИГВ;
- с увеличением бальности резко возрастало сопротивление движению;
- в режиме торможения модели СВП возрастала высота волны по сравнению со стационарным режимом движения (рис.2.119);
- в режиме разгона также увеличивалась высота волны по отношению к стационарному режиму [67,69].
Также были определены значения реального времени достижения моделью СВП пика сопротивления при движении в битых льдах.
Рис.2.119.Движение масштабной модели СВП с торможением в битом льду