[发明专利]一种基于非冻结模型冰的船舶碎冰阻力模型试验的设计方法

权利要求书

1.一种基于非冻结模型冰的船舶碎冰阻力模型试验的设计方法，其特征在于具有如下步骤，

S1、确定选用船模的总长L₁，型宽B和缩尺比λ；

确定船舶碎冰阻力模型试验中的放置碎冰的实验流域大小A₁：

根据选用船模的总长L₁，型宽B确定实验流域的最小尺寸，进一步确定实验流域尺寸：

L₂≥5L₁，

W≥3B，

A₁＝WL₂，

其中，L₂为实验流域的长，W为实验流域的宽；

S2、确定模型冰的特征长度：

S21、确定模型冰的目标覆盖率c；

S22、根据步骤S1得到的实验流域大小A₁以及步骤S21得到的模型冰的目标覆盖率c，确定模型冰面积总和A：

A＝cA₁；

S23、根据位于弹性基底上的薄板弯曲理论确定不弯曲破坏的碎冰临界特征长度L_c：

其中，D为冰的抗弯刚度，满足以下公式：

E为冰的弹性模量，单位：Pa，t是实际碎冰厚度，单位：m，ν是泊松比；

k为基底的弹性刚度，满足以下公式：

k＝ρ_wg，

ρ_w是水的密度，单位：kg/m³，g是重力加速度，单位：kg/m²；

S24、确定模型冰的临界特征长度l：

其中，L为碎冰特征长度，满足以下公式：

L≤L_c；

S25、根据模型冰的临界特征长度l，确定船舶碎冰阻力模型试验中各尺寸的模型冰特征长度l_n；

S3、确定模型冰的目标覆盖率c下各尺寸的模型冰的数量比例：

其中，N(l_n)为尺寸为l_n的模型冰的数量，α₁、α₂、β₁和β₂为系数，α₁＝1.15，α₂＝1.87，模型冰特征长度l_n在[l₁,l₂]范围内时，模型冰总面积满足以下公式：

解下列方程组，求出β₁和β₂：

S4、根据步骤S3得到的模型冰的目标覆盖率c下各尺寸的模型冰的数量比例和步骤S22得到的模型冰面积总和A，得到模型冰的目标覆盖率c下各尺寸的模型冰的数量；

S5、确定模型冰的目标覆盖率c下各尺寸的模型冰几何形状和参数：

模型冰圆度R满足以下公式：

其中，d_p为等周长圆直径，d为等面积圆直径，且d＝l_n，P表示模型冰几何形状的周长；

模型冰几何形状面积S满足以下公式：

模型冰卡尺直径比R_a满足以下公式：

R_a＝D_max/D_min；

根据R的取值确定P；

根据P、S和R_a确定模型冰几何形状。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述实验流域实际构建方法为搭建PVC管通过三通管相连的围栏，PVC管位于水下的外侧壁粘贴珍珠棉板。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，模型冰的材质为H型PP材料。