Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
3.1.1. Эксперименты с моделями СВП
Впервые модельные исследования возможностей резонансного метода разрушения ледяного покрова проводились в ледовом бассейне Горьковского политехнического института в 1980 - 1982 г.г. Основной целью экспериментов с моделями СВП было определение зависимости толщины разрушаемого льда от параметров моделей. Кроме того, исследовались закономерности формирования ИГВ и разрушения ледяного покрова вследствие их распространения [28].
Параметры возбуждаемых волн определялись визуально, а также фиксировались с помощью кино-фотоаппаратуры. Скорость их распространения и движения моделей определялись при помощи секундометрирования.
В качестве первой модели СВП (модель 1) был использован металлический короб с плоским днищем и носом санообразной формы с удлинением корпуса Lм /Bм =1,21 (рис.3.5.).
Вторая модель судна на ВП (модель 2) - модель платформы на воздушной подушке в масштабе 1:33,3 - с корпусом из оргстекла и гибким ограждением из ткани "болонья" имела подъемный комплекс в составе электровентилятора марки ДВ-404Б, воздух из которого по воздуховоду подавался под днище модели (рис.3.6.).
Эксперименты с моделями 1 и 2 выполнялись в ледовом бассейне с использованием натурного льда, для получения которого использовались естественные низкие температуры. Испытания моделей проводились при толщинах льда 2 - 5 мм и глубине воды в бассейне 40 мм и 700 мм. Ярко выраженное мелководье в бассейне создавалось намораживанием слоя льда толщиной 50 мм, использовавшегося в качестве экрана. По периметру экрана просверливались отверстия диаметром 20 мм. Подачей воды под экран задавалась определенная глубина в ледовом бассейне (рис.3.4). Такой способ создания мелководья обеспечивал постоянную температуру воды в бассейне и неизменную глубину воды, что позволяло получить модельный лед постоянной толщины. Частичные слив воды из бассейна ниже экрана и утепление его бортов снегом резко уменьшали обледенение, что обеспечивало поддержание ледового бассейна в рабочем состоянии в течение длительного времени.
Рис.3.4. Схема мелководного ледового бассейна: 1 - ледовый бассейн, 2- входной патрубок, 3 - намораживаемый экран - второе дно, 4 - отверстия, 5 - модельный лед
Буксировка моделей СВП осуществлялась с использованием динамометрической системы протяжки. Заданная (резонансная) скорость буксировки моделей предварительно определялась по известным теоретическим зависимостям Д.Е. Хейсина [422]. Модель прогонялась по льду несколько раз. Массу модели после каждого прохода увеличивали до тех пор, пока не начиналось разрушение льда в ледовом бассейне при движении модели с резонансной скоростью. Возникающая при этом область разрушения в виде раскрытых дугообразных трещин распространялась на всю ширину бассейна. Непосредственно за моделью образовывался своеобразный канал без четких кромок со смещенными друг относительно друга обломками льда размерами 10 × 15 см. Одновременно проводились испытания модели 1 по пролому сплошного льда в статике.
Рис.3.5. Буксировка модели 1 в ледовом бассейне
Проведенные опыты показали, что величина разрушающей нагрузки при ее движении с резонансной скоростью оказалась в два с лишним раза меньше, чем при статическом действии. На рис.3.7 представлена зависимость величины разрушающей нагрузки Р от глубины воды Н и режима нагружения: при статическом действии нагрузки и движении нагрузки с резонансной скоростью при ширине бассейна Н = 1500 мм. Площадь опорной поверхности нагрузки была S = 440 см2.
Рис.3.6. Буксировка модели 2 в ледовом бассейне
Рис.3.7.Зависимость величины разрушающей нагрузки от глубины воды и режима нагружения: - - - - статичное приложение нагрузки; ------- движение нагрузки с резонансной скоростью
В условиях предельно малых глубин разрушение сплошного льда резонансными ИГВ было малоэффективно. Это объяснялось тем, что длина ИГВ на предельно мелкой воде увеличивалась, что приводило к уменьшению крутизны волны и, как следствие, изгибных напряжений во льду. Кроме того, с близостью дна вязкостные силы воды сильнее сказывались на затухании волновых колебаний системы "лед - вода".
При толщине сплошного льда свыше 4 мм в опытах начинало проявляться влияние ограничения ледового бассейна по ширине. Соответственно, был сделан вывод, что на акваториях, ширина которых соизмерима с размерами карты статического прогиба льда (при толщинельда 4мм длина волны статического прогиба составила 2 м) ломать лед резонансным методом неэффективно, т.е. когда ширина акватории в 1,5 - 2 раза меньше размеров карты статического прогиба сплошного льда, то разрушение ледяного покрова резонансным методом нерационально, так как для пролома льда потребуется нагрузка большая, чем при ее статическом действии. Это объясняется тем, что с ростом толщины льда объем чаши прогиба ледяного покрова из-за влияния стенок бассейна резко уменьшается, что затрудняет возбуждение ИГВ. В таких случаях силы инерции воды и льда уменьшают прогибы льда от движущейся нагрузки, а величина разрушающей нагрузки становится больше, чем при статическом нагружении.