水下物体上浮破冰模型试验研究

【作者】 鞠磊； 赵成龙； 温国正； 杨洲； 韩端锋；

【机构】 哈尔滨工程大学；

【摘要】 水下航行体上浮破冰过程中,其各部位不规则的形状、碰撞的先后顺序、碰撞姿态的改变,都会使冰载荷及冰的破坏模式发生较大变化,进而影响航行体结构强度校核和破冰安全评估。自主设计一套能够实现约束上浮和自由上浮两种功能的试验装置,通过对破冰阶段、破坏模式、破冰载荷的分析,得出以下结论:针对约束上浮破冰,围壳破冰时,径向裂纹分别向前、后延伸,影响艏、舯部裂纹扩展过程,极大降低了艏、舯部的破冰难度;航行体破冰出水后,存在径向裂纹和横向裂纹贯通现象,其中环向裂纹贯通是破冰成功的关键指标;冰厚的增加会显著增加围壳冰载荷和全艇冰载荷,上浮速度的增加会小幅度增加围壳冰载荷和全艇冰载荷,纵倾角微小变化对围壳和全艇冰载荷影响较小。针对自由上浮破冰,围壳和艏部触冰速度相对较高,艉部及尾翼触冰速度略低,舯部触冰速度最低;围壳对冰层施加集中力,为破冰效果最强部位,艏部、舯部、尾翼部位破冰效果次之;围壳垂向冰载荷与冰厚呈正相关,与净浮力、重心-浮心纵向坐标差呈负相关。从提升破冰效果来看,可增加净浮力以正浮状态破冰,进而增大艇身与冰层的接触面积;从降低围壳冰载荷角度来看,可增加净浮力以正纵倾角状态破冰,使围壳接触载荷变为集中载荷。更多还原