Научная электронная библиотека

Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты

Козин В. М,

3.2.1. Ледовый бассейн в естественных условиях

Исследования резонансных ИГВ в ледяном покрове от движения объектов для количественной оценки их параметров проводились модельные исследования на льду оз. Хорпи в р-не Комсомольска-на-Амуре [159]. Опыты проводились на льду пресноводного водоема с ровным дном глубиной 2,8 м. В начальный период опытов - ноябрь 1997 г. - толщина льда была 0,8 м, на момент окончания - апрель 1998 г. - увеличилась до 1,1м.

Для проведения опытов был разбит ледовый лагерь в составе ледового "бассейна" и берегового строения. Ледовый "бассейн" представлял собой канал, выпиленный в естественном льду. Общий вид ледового бассейна представлен на.рис.3.21. Береговое строение было выполнено из снежных блоков, внутри которого создавался очаг для разогревания штампа при формировании образцов модельного льда и обогрева участников экспериментов.

Рис.3.21.Общий вид ледового бассейна в натурных условиях

Ледовый бассейн состоял из ледового канала с тормозным и разгонным участками. Длина канала в естественном льду выбиралась исходя из требований обеспечения выхода на стационарный режим движения модели, выработанных на основании результатов буксировочных испытаний моделей в полимерном льду и составляла 8 - 10 длин корпуса моделей. Ширина канала была достаточной для обеспечения перемещение волнового фронта вблизи моделей без искажения его стенками. Для этого, как показали буксировки моделей подводного судна под искусственным льдом, ширина фронта ИГВ должна составлять не менее 5 длин корпуса модели. Габариты ледового канала для проведения буксировочных испытаний моделей с учетом названных требований составили L ´ B = 8,0 ´ 3,0 м. Длина разгонного участка была равна 2,5 м, длина тормозного - 1,5 м, при ширины участков 0,5 м.

Для проведения буксировок моделей в модельном льду и на чистой воде была спроектирована и изготовлена гравитационная буксировочная система и необходимая оснастка [156]. Общий вид буксировочной системы представлен на рис.3.22, а гравитационного привода - на рис.3.23. Буксировочная система обеспечивала движение моделей СВП, летательного аппарата и подводного судна. Скорости буксировки модели определялись с помощью тахогенератора и вольтметра, тарировка которых выполнялась непосредственно перед экспериментами. Ранее аналогичное устройство для измерения скорости использовалось при проведении модельных исследований движения модели СВП (ролика) и моделей подводного судна в опытовом бассейне КнАГТУ. Определение буксировочного сопротивления модели выполнялось взвешиванием подвешенного груза.

Рис.3.22.Общий вид буксировочной системы

Для модельных экспериментов были разработаны и изготовлены модель СВП (рис.3.25); модель летательного аппарата (рис.3.26) и модель подводного судна (рис.3.27).

Рис.3.23.Гравитационный привод буксировочной системы

Рис.3.24.Устройство для измерения скорости (тахогенератор)

Рис.3.25.Модель СВП

Рис.3.26.Модель летательного аппарата

Модели ледяного покрова приготавливались в ледовом канале путем простого намораживания льда заданной толщины (2-12 мм) за счет естественных низких температур воздуха при t = - (10 - 20)⁰C. Определение изгибной прочности модельного льда производилось путем испытания консолей на плаву. Консоли в модельном льду приготавливались путем проплавления штампом П - образной формы (рис.3.28). Размеры консолей составляли 90 ´ 30 мм. В опытах по определению прочности модельного льда использовался обычный динамометр (Рис.3.29). Для удобства проведения исследования прочностных и упругих характеристик модельного льда были спроектированы и изготовлены приспособления, одно из которых показано на рис.3.30. Определение предела прочности модельного льда проводилось перед каждым проведением буксировки модели. Испытания модельного льда подтвердили существование масштабного эффекта: изгибная прочность уменьшалась с ростом толщины льда.

Рис.3.27.Модель подводного судна

Рис.3.28. Приготовление консоли в поле модельного льда

Рис.3.29. Испытание образца модельного льда

Рис.3.30.Приспособление для испытания образцов модельного льда

На рис.3.31 представлена зависимость предела прочности модельного льда на изгиб от его толщины. Разброс экспериментальных точек можно объяснить как несовершенством технологии приготовления образцов льда для испытаний, так и неоднородностью строения намораживаемого льда. Влияние температуры воздуха на прочность льда в указанном диапазоне температур было незначительным [139].

Процесс разрушения модельного льда волнами фиксировался видеосъемкой. Для регистрации профиля волн использовался механический указатель перемещений (рис.3.32), устанавливаемый над модельным льдом, показания которого фиксировались видеокамерой.