[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

摘要

本发明涉及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，具有如下步骤，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；确定模型冰的特征长度；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；根据模型冰的目标覆盖率c下各尺寸的模型冰的数量比例和模型冰面积总和A，得到模型冰的目标覆盖率c下各尺寸的模型冰的数量；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。本发明克服了冰水池的冻结模型冰实验中的经济性差和可操作性不强的问题，提供了一种在拖曳水池中开展船舶碎冰阻力模型实验的设计方法。

主权项

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A2：A2＝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Lc：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＝ρwg，ρw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≤Lc；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ln；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(ln)为尺寸为ln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ln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A2，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，dp为等周长圆直径，d为等面积圆直径，且d＝ln，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Ra满足以下公式：Ra＝Dmax/Dmin；根据R的取值确定P；根据P、S和Ra确定模型冰几何形状。