Determination of solid ice resistance to icebreaker movement using a model experiment

Abstract

Современные ледовые бассейны представляют собой сложные и дорогостоящие сооружения, в которых размеры испытываемых моделей судов ограничены. Поэтому поиск методов моделирования и пересчета ледового сопротивления на натурное судно в открытых бассейнах с естественным охлаждением является актуальным. Описаны условия моделирования движения судов в сплошном ледяном поле в опытовых бассейнах. Показано, что в качестве модельного льда можно использовать тонкий естественный лед и приведена методика пересчета сопротивления модели на натурное судно. Предложен способ определения сопротивления судов путем пересчета с данных по сопротивлению полунатурных моделей, с результатов расчетов по полуэмпирическим моделям или по результатам модельного эксперимента. Пересчет ледового сопротивления осуществляется по известным зависимостям сопротивления от скорости движения при разных толщинах льда для геометрически подобных корпусов ледоколов с учетом масштаба (модуля пересчета), который равен отношению ширины ледокола к ширине ледокола-прототипа. Использование ширины корпуса в качестве характерного линейного размера обусловлено тем, что она наиболее существенно влияет на сопротивление ледокола. Описанный в статье способ определения сопротивления движению судов в сплошных льдах позволяет прогнозировать ледовую ходкость судов на начальных этапах проектирования, не прибегая к дорогостоящим экспериментальным исследованиям, а также выполнить экспресс оценку ледовой ходкости судна по данным судна-прототипа. Modern ice basins are complex and expensive structures. In them, the size of the tested models of ships is limited. Therefore, searching for methods for modeling and recalculating ice resistance for a full-scale ship in open basins with natural cooling is relevant. The conditions for modeling the movement of ships in a solid ice field in experimental basins are described. It is shown that thin natural ice can be used as model ice. The method of recalculating the resistance of the model to the resistance of a full-scale ship is given. A method for determining the resistance of ships by recalculation from the data on the resistance of semi-natural models, from the results of calculations based on semi-empirical models, or from the results of a model experiment is proposed. The ship's resistance is calculated by recalculating the known resistance of the prototype vessel depending on the speed of movement for different ice thicknesses. At the same time, geometrically similar icebreaker hulls should be used, considering the scale (conversion module). It is equal to the ratio of the icebreaker's width to the prototype icebreaker's width. The hull width, as a characteristic linear dimension, is used because it most significantly affects the resistance of the icebreaker. The proposed method for determining the resistance to the movement of ships in solid ice makes it possible to predict the ice seaworthiness of ships at the initial stages of design, avoiding expensive experimental studies. Furthermore, the described method allows engineers to quickly assess the ability of the ship to travel through ice based on the results of the prototype ship tests.