CN108195561A - 一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法，包括：步骤一：选取实验海域；步骤二：通过浮标球和拦截渔网拦截出航道，并将模型冰放置于航道内；步骤三：将试验冰区航行船模放置于航道内，并由第一辅助船和第二辅助船分别通过拖曳钢缆在航道内拖曳前进，第一辅助船和第二辅助船均位于航道外；步骤四：测量拖曳钢缆上的力、拖曳钢缆和第一辅助船之间夹角和拖曳钢缆和第二辅助船之间的夹角，计算获得试验冰区航行船模在航道内前进时所受的阻力。本发明不仅能消除传统拖曳水池对船模尺度和航速的限制，而且能模拟真实不规则波浪与浮冰相互作用的环境，从而实现对冰缘区航行船舶阻力性能的测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶阻力性能试验方法，特别是一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法。
背景技术
近年来，随着全球气温升高，北极航道的开通已经成为可能，并且北极航道在资源、政治、军事等方面都有着极为重要的意义，随之而来的则是多个国家之间的极地争端日益加重，极地问题已经成为我国建设海洋强国的重要的一部分。但是由于极地环境的复杂性及其生态环境的多变性，人类在极地地区进行活动必须依靠具有特殊性能的极地船舶与海洋工程结构物。而随着极地冰缘区的范围逐渐扩张，船舶在冰缘区航行时的性能具有十分重要的作用。
通常进行波浪-浮冰共同作用的复杂环境的工况时，是在具有造波能力的拖曳水池中进行的，因为大多冰水池中缺乏造波设备，难以模拟这种复杂工况。但是传统拖曳水池对船模的尺寸和拖曳速度都有较大的限制，并且通过在造波机中输入相关参数来获得规则波或者不规则波，但造波机所造出的波浪都为单向的、伪随机的波浪。并且水池造波机所造出的不规则波浪，都是根据线性叠加原理拟出的，局限于波浪的线性特征。由此可知，在传统拖曳水池中，所模拟的波浪-浮冰耦合环境，其与真实的波浪-浮冰环境有本质上的区别。实际海浪通常为三维的非线性波浪，因此对于实际海况下模拟的冰缘区的波浪-浮冰环境为风和重力产生的具有尖峰坦谷等非线性特征的波浪与浮冰的相互作用的环境。
因此在实际海域中进行冰缘区航行阻力性能试验，不仅能消除传统拖曳水池对船模尺度和航速的限制，而且能模拟真实不规则波浪与浮冰相互作用的环境，这一因素关系着试验数据的准确性和可靠性。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种可真实模拟浮冰-波浪耦合的环境、消除传统拖曳水池带来的限制的实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法。
为解决上述技术问题，本发明一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法，包括以下步骤：
步骤一：选取实验海域；
步骤二：通过浮标球和拦截渔网拦截出航道，并将模型冰放置于航道内；
步骤三：将试验冰区航行船模放置于航道内，并由第一辅助船和第二辅助船分别通过拖曳钢缆在航道内拖曳前进，第一辅助船和第二辅助船均位于航道外；
步骤四：测量拖曳钢缆上的力、拖曳钢缆和第一辅助船之间夹角和拖曳钢缆和第二辅助船之间的夹角，计算获得试验冰区航行船模在航道内前进时所受的阻力。
作为本发明的一种优选方案，模型冰为非冻结模型冰且密度、船-冰摩擦系数与真实海冰相当，模型冰尺寸根据试验冰区航行船模尺寸确定。
作为本发明的另一种优选方案，航道的长度和宽度由试验冰区航行船模尺寸、航速及所需模型冰密集度工况确定。
作为本发明再一个优选方案，浮标球下方安装空心管。
本发明有益效果：与现有技术相比，本发明不仅能消除传统拖曳水池对船模尺度和航速的限制，而且能模拟真实不规则波浪与浮冰相互作用的环境，从而实现对冰缘区航行船舶阻力性能的测试。选取合适的海域海况，该方法则可真实的模拟浮冰-波浪耦合的环境，消除传统拖曳水池带来的限制。
附图说明
图1是实际水域中冰缘区航行船舶快速性能试验方法示意图
图2是航道范围控制浮标球及拦截渔网示意图
具体实施方式
本发明是一种在实际海况下针对船舶在冰缘区航行时所受到的波浪-浮冰共同作用时的阻力的测量方法。下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法，首先需要选取与极地冰缘区海浪波高波长相似海域，根据可获得的调研数据，极地冰缘区的海浪波长属于长波范畴；选用密度、船-冰摩擦系数与真实海冰相当的非冻结模型冰，并且根据船模的尺寸大小，根据几何相似比率，确定模型冰的大小和厚度。通过试验冰区航行船模5的尺寸大小、航速及所需浮冰区密集度工况确定带有模型碎冰的航道6的长度和宽度，通过浮标球3和拦截渔网4将浮冰拦截于带有模型碎冰的航道6内，以保证试验过程中带有模型碎冰的航道6内的浮冰密集度不变。
将试验冰区航行船模5放置于带有模型碎冰的航道6内，并使用拖曳钢缆2.1和拖曳钢缆2.2由辅助船1.1和1.2拖曳直航，不同拖曳速度可由改变辅助船1.1和1.2的前进速度来改变。
通过测量两条拖曳钢缆上的力及两条拖曳钢缆和两条辅助船之间的夹角θ，即可以得到试验冰区航行船模5在带有模型碎冰的航道6内前进时所受的阻力。
本发明具体实施方式还包括：
如图1和图2所示，一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法主要包括辅助船1.1和辅助船1.2、拖曳钢缆2.1、拖曳钢缆2.2、浮标球3、拦截渔网4、试验冰区航行船模5、带有模型碎冰的航道6和减小浮标球横向位移的空心管7。
试验冰区航行船模5由辅助船1.1和辅助船1.2通过拖曳钢缆2.1和拖曳钢缆2.2拖曳直行，试验过程中并保持拖曳钢缆2.1和拖曳钢缆2.2分别与辅助船1.1和1.2的夹角θ近似相等。
试验冰区航行船模5在带有模型碎冰的航道6中前行，所测阻力即为船体-浮冰-波浪三者的耦合作用后的阻力值。
为了控制碎冰航道的长度、宽度及浮冰区密集度，采用浮标球3和拦截渔网4将碎冰航道与常规水域进行隔离，并可通过调节浮标球3和拦截渔网4的位置调节浮冰区面积和浮冰区密集度。
在带有模型碎冰的航道6内放置试验所需石蜡模型冰，选用密度、船-冰摩擦系数与真实海冰相当的非冻结模型冰，模型冰的大小和厚度根据船模尺寸确定。
如图2所示，浮标球3和拦截渔网4随波浪的起伏而上下运动，为了减小其横向位移，需在浮标球下方安装空心管7，其长度理论上应大于该海域下实时波浪的1/2倍波长。
通过测量拖曳钢缆2.1和拖曳钢缆2.2上的力及其分别与辅助船1.1和1.2的夹角θ即可得到波浪-浮冰共同作用下的船模阻力。
本发明利用实海况下试验平台对冰区航行船的阻力性能进行相关试验，通过目测或使用相应的波浪参数测量装置，选择与冰区航道海域波浪参数相似海域作为试验海域，用与流向方向相同的两排海上浮标球3和拦截渔网4来限定试验航道范围，在带有模型碎冰的航道6内放置试验所需石蜡模型冰，选用密度、船-冰摩擦系数与真实海冰相当的非冻结模型冰，模型冰的大小和厚度根据船模尺寸确定。采用双辅助船1.1及1.2拖曳式使试验冰区航行船模5在带有模型碎冰的航道6内航行，通过测量拖曳钢缆2.1和拖曳钢缆2.2上的力和钢缆与辅助船的夹角θ可以测量船模在碎冰中行进时的阻力。本发明所提出方法的优势在于，所提出的试验方案是在实际开阔海域下进行的，可以实现船、浮冰与实际海浪的随机真实的耦合，所设计碎冰航道可以自主调节长度和宽度以适应试验船模的尺度，并且避免了拖曳水池中水池长度和拖车速度的限制。
以上所述仅是本发明的简述实施方式，具体实施方式还可针对不同情况针对本发明做出若干改进和润色。
Claims (4)
1.一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选取实验海域；
步骤二：通过浮标球和拦截渔网拦截出航道，并将模型冰放置于航道内；
步骤三：将试验冰区航行船模放置于航道内，并由第一辅助船和第二辅助船分别通过拖曳钢缆在航道内拖曳前进，第一辅助船和第二辅助船均位于航道外；
步骤四：测量拖曳钢缆上的力、拖曳钢缆和第一辅助船之间夹角和拖曳钢缆和第二辅助船之间的夹角，计算获得试验冰区航行船模在航道内前进时所受的阻力。
2.根据权利要求1所述的一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法，其特征在于：所述模型冰为非冻结模型冰且密度、船-冰摩擦系数与真实海冰相当，模型冰尺寸根据试验冰区航行船模尺寸确定。
3.根据权利要求1所述的一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法，其特征在于：所述航道的长度和宽度由试验冰区航行船模尺寸、航速及所需模型冰密集度工况确定。
4.根据权利要求1所述的一种实际水域中冰缘区航行船舶阻力性能试验方法，其特征在于：浮标球下方安装空心管。
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