JPH112575A - 氷−プロペラ相互作用試験装置及びそれに使用する試験氷板の成型方法 - Google Patents

氷−プロペラ相互作用試験装置及びそれに使用する試験氷板の成型方法

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JPH112575A
JPH112575A JP15367597A JP15367597A JPH112575A JP H112575 A JPH112575 A JP H112575A JP 15367597 A JP15367597 A JP 15367597A JP 15367597 A JP15367597 A JP 15367597A JP H112575 A JPH112575 A JP H112575A
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JP
Japan
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ice
test
propeller
feeder
plate
Prior art date
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JP15367597A
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English (en)
Inventor
Kazuyuki Kato
一行 加藤
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IHI Corp
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IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 既知の大きさの氷片を既知の速度でプロペラ
に衝突させることのできる氷−プロペラ相互作用試験装
置を提供する。 【解決手段】 水面Sを予め規則的な割れ目2が形成さ
れた試験氷板1で覆い、水没される平坦な底部21を有
し、この底部21から氷上に乗り出すように前傾した傾
斜部22を有するアイスフィーダを形成し、このアイス
フィーダの後方に被試験用のプロペラPを配置し、この
アイスフィーダを前方に曳引することにより、試験氷板
1を割れ目2に従わせて破砕し、その試験氷片がプロペ
ラPに衝突するときの荷重を測定するようにした。同形
同大の試験氷片が順序よく発生し、順序よくアイスフィ
ーダの後方に送られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プロペラに氷が衝
突したときの荷重を測定する氷−プロペラ相互作用試験
装置に係り、特に、既知の大きさの氷片を既知の速度で
プロペラに衝突させることのできる氷−プロペラ相互作
用試験装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】氷海を航行する船舶は、砕氷した氷がプ
ロペラに衝突することがある。プロペラに氷が衝突する
と、通常の海水から受ける荷重とは異なる一時的に大き
な荷重がかかることになる。従って、プロペラには、こ
の種の荷重に対する耐久性が必要とされる。氷海船舶の
プロペラ及びプロペラ軸系を開発する際には、試作した
プロペラに氷を衝突させて荷重をかけ、その荷重を測定
して耐久性を評価することが必要となる。このような試
験を行う装置を氷−プロペラ相互作用試験装置と呼ぶこ
とにする。ただし、実機スケールでの試験は大規模にな
るので、ここでは模型での試験を行うものとする。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の氷−プロペラ相
互作用試験装置は、アイスミリング装置と呼ばれるもの
で、氷は無限の質量を持っていると仮定され、氷の運動
が拘束された状態でプロペラに氷を衝突させて行うもの
であり、このため測定される諸量は、氷の運動が拘束さ
れない状態に比較して過大なものとなり、このような試
験結果に基づいて設計するプロペラ及びプロペラ軸系の
強度は過大なものとなる。
【0004】破砕した氷を使用すれば、氷の運動は拘束
されない。しかし、破砕した氷を使用すると、氷の大き
さや形や流れ方が不定となる。衝突する氷の大きさや形
や流れ方が不定であると、測定される諸量が変動するた
め、有意の測定ができなくなる。
【0005】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、既知の大きさの氷片を既知の速度でプロペラに衝突
させることのできる氷−プロペラ相互作用試験装置を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の氷−プロペラ相互作用試験装置は、水面を予
め規則的な割れ目が形成された試験氷板で覆い、水没さ
れる平坦な底部を有し、この底部から氷上に乗り出すよ
うに前傾した傾斜部を有するアイスフィーダを形成し、
このアイスフィーダの後方に被試験用のプロペラを配置
し、このアイスフィーダを前方に曳引することにより、
試験氷板を割れ目に従わせて破砕し、その試験氷片がプ
ロペラに衝突するときの荷重を測定するようにしたもの
である。
【0007】上記アイスフィーダの幅を均一にしてもよ
い。
【0008】上記アイスフィーダの後尾部分を傾斜自在
に構成してもよい。
【0009】また、試験氷板は、水面を覆う氷を幅一定
の短冊状に切り離し、この短冊状の氷板の長手方向の所
定間隔毎に、長手方向に直交する一定の大きさの割れ目
を形成したものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0011】図1に示されるように、本発明に使用する
試験氷板1は、予め規則的な割れ目2が形成されてい
る。試験氷板1は、試験水槽3に蓄えた水の水面Sに浮
かせて設けられている。ここでは試験水槽3は矩形に形
成されている。この試験水槽3は、雰囲気温度が調整可
能な低温実験室内に設置されている。試験氷板1は、試
験水槽3の長辺に沿って所定の長さまで水面Sを覆うよ
うに帯状に形成されている。また、試験氷板1の一端は
試験水槽3の短辺に固定されている。一例として、試験
氷板1の短辺は400mm、長辺は4m、厚さは30m
mである。本発明に使用するアイスフィーダ4は、試験
氷板1の自由端側から固定端側へ試験氷板1を破砕しな
がら移動するようになっている。このとき試験氷板1が
順次割れ目2に従って割れることにより、同形同大の試
験氷片が順序よく発生し、順序よくアイスフィーダ4の
後方に送られるようになっている。
【0012】試験氷板1の構造及び製造手順を説明す
る。
【0013】試験水槽3に、尿素を添加した水を溜めて
おく。尿素を添加したのは、割れやすい氷を作るためで
ある。添加物は、エチレングリコールやポリプロピレン
グリコールでもよい。実験室の雰囲気温度を下げて水を
還流させつつ零度近くまで冷やす。還流を停止すると、
水面Sに氷が張るが、この氷は厚さが不適当なので取り
除く。次いで、シーディングを行う。即ち、−20度く
らいの雰囲気温度にて、スプレーガンを使用し、水上に
霧を散布して氷の種を作る。この氷の種は粒径が一様に
なる。この種がもとになって水面Sに氷が張り始める。
氷の性質として、張った氷が水面一面を覆うと下向きに
成長を始める。氷が所定の厚さに達したら、氷を割れや
すくするために、実験室の雰囲気温度を高くする。例え
ば、0度より上げて5度とする。
【0014】次に、水面を覆う氷を幅一定の短冊状に切
り離す。図1の形態では、試験水槽3に試験氷板1を3
列形成することが可能である。そこで、水面一面を覆う
氷から各列の氷板を分割形成するための分割溝5を切り
取るが、全部の分割溝5を最初から切り取ってしまう
と、1列目の試験のときに2列目に影響が出るので、ま
ず、1列目の試験のときに、必要な分割溝だけを切り取
り、2列目の試験のときに、また必要な分割溝だけを切
り取るようにする。このようにして試験水槽3の水面を
覆う氷を、片端は自由端、反対端は固定端として幅一定
の短冊状に切り離す。
【0015】その後、この短冊状の氷板の長手方向の所
定間隔毎に、長手方向に直交する一定の大きさの割れ目
2を形成する。割れ目2は、鋸等を使用して短冊状の氷
板の長辺から幅方向に切り込むことにより形成する。割
れ目2の長さは、アイスフィーダ4の衝突以外の要因に
よって割れることがなく、かつアイスフィーダ4の衝突
によって確実に割れるような割れやすさとなる長さがよ
く、例えば、短冊状の氷板の幅50〜80%とする。割
れ目2の間隔は、試験の必要に応じて定めるが、大体2
00mm〜400mmである。この間隔は、破砕された
試験氷片の大きさにかかわってくるので、試験のパラメ
ータとなる。なお、この実施形態では、割れ目2は氷板
の両長辺から互い違いに切り込んである。これは、同じ
方向に切ると、切っているときに氷板が壊れやすく、互
い違いに切るほうが氷板を壊さずにできるからである。
【0016】このようにして、予め規則的な割れ目2が
形成された試験氷板1を製造することができる。
【0017】次に、アイスフィーダの構造及びこれを用
いた氷−プロペラ相互作用試験の概要を説明する。
【0018】図2に示されるように、アイスフィーダ
は、水没される平坦な底部21を有し、この底部21か
ら氷上に乗り出すように前傾した傾斜部22を有する。
傾斜部22は、アイスフィーダの移動方向の前側に位置
する。底部21は、後尾部分23で水面側へやや傾斜さ
れるが、前側の傾斜部22とは異なり水上に出ることな
く、最後尾部分24に至るまで水没されている。アイス
フィーダの最後尾部分24は、傾斜部22の最先端とほ
ぼ同じ高さまで垂直に立ち上げて形成されている。この
アイスフィーダは、側から見ると一般の船体のような形
状であるが、一般の船体とは異なり、左右の傾斜がな
く、かつ前後どこでも上下どこでも幅が均一に形成され
ている。即ち、傾斜部22は幅方向の両端も中央も同一
平面にあり、また、底部21、傾斜部22及び後尾部分
23が全て同じ幅となるよう垂直な両側部25を有す
る。上から見ると(図1参照)、長方形になる。これ
は、破砕された試験氷片が側方へ逃げたり、側方から後
方へ回り込んだりすることを回避するためである。
【0019】このアイスフィーダの後方には、被試験用
のプロペラPが配置されている。プロペラには、例えば
1/50スケールの模型を使用する。このプロペラP
は、アイスフィーダの最後尾部分25の幅の中央より後
方に突き出されたプロペラ軸PSに取り付けられてお
り、プロペラ軸PSと一体的に回転されるようになって
いる。アイスフィーダの内部には、プロペラ軸PS及び
駆動モータ26により駆動され、継ぎ手を介してプロペ
ラ軸PSに回転を伝えると共に諸量を検出する検出機構
部27が収容されている。検出する諸量は、軸トルク、
モーメント、翼モーメント、スピンドルトルク等であ
り、センサの取り付け箇所は検出機構27部に限らず、
プロペラ翼、プロペラ軸系などがある。アイスフィーダ
の前後の中央の上部には、後述する曳引車に取り付ける
ための取付柱28が設けられている。29はスタンチュ
ーブ、Sは水面である。
【0020】アイスフィーダは、曳引車と呼ばれる試験
台車に支持されている。曳引車31は、試験水槽3の両
長辺間に短辺と並行な水平アーム(図示せず)を掛け渡
し、この水平アームの両端地上部に車輪を設けて試験水
槽3の長辺に沿って移動可能としたものである。この曳
引車31の水平アームの水上部に取付架台32を固定
し、この取付架台32にアイスフィーダの取付柱28を
固定するようになっている。曳引車31に支持されたア
イスフィーダは、底部21が水没した状態で支持され、
曳引車31が試験水槽3の長辺に沿って移動すると、ア
イスフィーダも水面Sに沿って移動することになる。こ
のようにアイスフィーダは、専ら曳引されて移動するも
のである。プロペラPは回転させても、これはアイスフ
ィーダを推進するためよりも、諸量を測定するために行
う。
【0021】氷−プロペラ相互作用試験は、曳引車31
によりアイスフィーダを前方に曳引して行う。このと
き、アイスフィーダの傾斜部22が試験氷板1に当たる
と、試験氷板1が破砕されるが、試験氷板1には割れ目
2が形成されているため、この割れ目2に従って割れ
る。さらにアイスフィーダが前に出ると、試験氷板1が
次の割れ目2に従って割れる。このようにして試験氷板
1が順次割れ目2に従って割れることにより、同形同大
の試験氷片が順序よく発生する。試験氷片は、傾斜部2
2に案内されて底部21に潜り込む。このとき傾斜部2
2が一平面をなしているので、試験氷片が左右に逃げる
ことがない。また、アイスフィーダの幅が均一に形成さ
れているので、試験氷片が左右に逃げたり、側方から後
方へ回り込んだりすることがない。従って、試験氷片
は、順序よくアイスフィーダの後尾部分23を通って、
最後尾部分24より浮上する。このためアイスフィーダ
の後方に配置された被試験用のプロペラPに試験氷片が
順次衝突することになる。
【0022】試験氷片がプロペラに衝突するときの荷重
として、軸トルク、モーメント、翼モーメント、スピン
ドルトルク等の諸量を測定する。このとき、試験氷片の
形状・大きさは、試験氷板1の幅、厚さ、割れ目2の間
隔で決まる角柱状であり、一定である。また、試験氷片
が順序よくアイスフィーダの底部21を通って後方に出
現するのでプロペラPに対する衝突速度も方向も一定で
ある。従って、測定される諸量は、試験氷片の大きさや
形や流れ方による変動分を含まないものとなり、有意の
試験データとなる。即ち、プロペラ及びプロペラ軸系の
設計に有用な試験データを得ることができる。
【0023】従来技術と比較すると、試験氷片は運動が
拘束されないので、プロペラ及びプロペラ軸系に過大な
負荷を与えることがなく、適正な試験が実施できる。し
かも、負荷の大きさは、割れ目2の間隔等により調整す
ることができるので、これをパラメータとして試験する
ことができる。
【0024】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【0025】図2のアイスフィーダの後尾部分23は、
破線で示すように傾斜自在に構成するとよい。これは、
平坦な底部21を案内されてきた試験氷片が、円滑に最
後尾部分24より浮上してプロペラPに衝突するよう調
整ができるように、或いは衝突角度が調整ができるよう
にしたものである。
【0026】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0027】(1)試験氷板が順次割れ目に従って割れ
ることにより、同形同大の試験氷片が順序よく発生し、
順序よくアイスフィーダの後方に送られるので、一定か
つ既知の負荷条件下で試験が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す氷−プロペラ相互作
用試験装置の平面図である。
【図2】図1の氷−プロペラ相互作用試験装置のアイス
フィーダの側面図である。
【符号の説明】
1 試験氷板 2 割れ目 3 試験水槽 4 アイスフィーダ 21 底部 22 傾斜部 23 後尾部分

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水面を予め規則的な割れ目が形成された
    試験氷板で覆い、水没される平坦な底部を有し、この底
    部から氷上に乗り出すように前傾した傾斜部を有するア
    イスフィーダを形成し、このアイスフィーダの後方に被
    試験用のプロペラを配置し、このアイスフィーダを前方
    に曳引することにより、試験氷板を割れ目に従わせて破
    砕し、その試験氷片がプロペラに衝突するときの荷重を
    測定するようにしたことを特徴とする氷−プロペラ相互
    作用試験装置。
  2. 【請求項2】 上記アイスフィーダの幅を均一にするこ
    とを特徴とする請求項1記載の氷−プロペラ相互作用試
    験装置。
  3. 【請求項3】 上記アイスフィーダの底部の後尾部分を
    傾斜自在に構成することを特徴とする請求項1又は2記
    載の氷−プロペラ相互作用試験装置。
  4. 【請求項4】 水面を覆う氷を幅一定の短冊状に切り離
    し、この短冊状の氷板の長手方向の所定間隔毎に、長手
    方向に直交する一定の大きさの割れ目を形成したことを
    特徴とする試験氷板。
JP15367597A 1997-06-11 1997-06-11 氷−プロペラ相互作用試験装置及びそれに使用する試験氷板の成型方法 Pending JPH112575A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009045974A (ja) * 2007-08-16 2009-03-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 船舶の推進装置
JP2019015455A (ja) * 2017-07-07 2019-01-31 ジャパンマリンユナイテッド株式会社 氷片作成装置および氷片作成方法
CN109870296A (zh) * 2019-03-01 2019-06-11 中国船舶科学研究中心(中国船舶重工集团公司第七0二研究所) 一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统
CN114252233A (zh) * 2021-12-06 2022-03-29 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种空泡水筒试验用送冰装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009045974A (ja) * 2007-08-16 2009-03-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 船舶の推進装置
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CN109870296B (zh) * 2019-03-01 2021-08-24 中国船舶科学研究中心(中国船舶重工集团公司第七0二研究所) 一种循环水槽冰桨流作用螺旋桨性能测试系统
CN114252233A (zh) * 2021-12-06 2022-03-29 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种空泡水筒试验用送冰装置

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