The investigation of a composite model of the ice cover (GP-ice) composed of a single layer of spherical granules ith a diameter of 20 mm

Abstract

Данная статья посвящена вопросам физического моделирования разрушения ледяного покрова с помощью композитного льда (GP-ice) при проведении испытаний по буксировке моделей судов в ледовом опытовом бассейне. Рассматривался вариант конструкции композитной модели, составленной из одного слоя гранул сферической формы диаметром 20 мм из полиэтилена высокого давления. Приведены результаты экспериментов по разрушению модельного поля в виде характеристик диаграмм разрушения (график в осях «сила-прогиб») при различных схемах нагружения льда: центральный пролом, прокладка канала. Эти данные были представлены как степенные зависимости относительно глубины проморозки гранул. На основе метода функционального подобия проведено их сопоставление с результатами крупномасштабных опытов по разрушению натурного льда. Его суть заключается в том, что моделирование ледяного покрова производится не с позиций подобия материалов натурного и лабораторного льда, а с точки зрения функции льда как препятствия на пути следования судна, на преодоление которого оно должно затратить подобное количество энергии. Диаграмма разрушения используется как способ измерения этих затрат. В результате найдены условия моделирования, представляющие собой зависимости геометрического масштаба от глубины проморозки гранул. Они рассчитаны при подобии какой-либо одной из характеристик диаграммы разрушения (энергии или максимального проломного усилия) в соответствующем типе опыта одновременно с подобием толщины ледового поля. Эти зависимости, представленные в виде кривых, не совпадают друг с другом, что исключает полное подобие диаграммы разрушения исследовавшегося варианта модельного льда. Дальнейшие исследования композитной модели должны быть сосредоточены на проверке возможности физического моделирования ледовой ходкости судов при частичном подобии диаграммы разрушения ледяного покрова. This paper discusses the issues of physical modeling of the ice cover destruction using composite model ice (GP-ice) during model tests of ships in the ice testing tank. A design variant of a composite model composed of a single layer of spherical granules with a diameter of 20 mm made of high-pressure polyethylene was considered. The results of experiments on the destruction of the model field are presented in the form of characteristics of destruction diagrams (graph in the "force-bending" axes) for various ice loading schemes: central break, channel laying. These data were presented as power-law dependences with relation to the freezing depth of granules. Based on the functional similarity method, their comparison with the results of large-scale experiments on the destruction of natural ice was carried out. Its essence consists in the fact that the modeling of the ice cover is carried out not from the standpoint of the similarity of materials of full-scale and laboratory ice, but from the standpoint of the function of ice as an obstacle in the path of the vessel, to overcome which it must spend a similar amount of energy. The destruction diagram is used as a way to measure these expenses. As a result, modeling conditions are found, representing the geometric scale dependences on the depth of the granules freezing. They are calculated with the similarity of any one of the characteristics of the distraction diagram (energy or maximum breaking force) in the corresponding type of experiment simultaneously with the similarity of the thickness of the ice field. These dependences, presented in the form of curves, do not coincide with each other, which excludes the complete similarity of the destruction diagram of the studied version of the model ice. Further studies of the GP-ice should focus on testing the possibility of physical modeling of the ice propulsion of ships with a partial similarity of the destruction diagram of the ice cover.