Движение погруженного тела вблизи нижней поверхности льда

Объект исследования. Исследование движения погруженного тела вблизи нижней поверхности ледяного покрова. Цель работы. Определение сил и моментов действующих на погруженное тело при его движении с различной скоростью под свободной поверхностью воды и вблизи нижней поверхности льда. Методы и методология проведения работы. На основе методов теории размерностей и подобия выполнено физическое моделирование процессов деформирования и разрушения ледяного покрова от движения одиночной и парной нагрузки. Выполнены теоретические расчеты с помощью аналитического решения и численного моделирования. Результаты исследования. Проведенное исследование показало, что разработанные теоретические решения, предложенная методика моделирования и методика проведения экспериментальных исследований позволяют достаточно точно проанализировать действие сил и моментов со стороны жидкости на погруженное тело при его движении в приповерхностной водной среде, в том числе покрытой ледяным покровом. Оценить их влияние на характер движения погруженного тела. Впервые экспериментально определена величина относительного перемещения погруженного тела под воздействием подъемной силы при его движении вблизи свободной поверхности воды и воды покрытой сплошным льдом. Установлено влияние ледяного покрова на исследуемые параметры движения тела. Показано, что изменение относительного заглубления погруженного тела при его движении на малом заглублении имеет сложный характер и может достигать значительных величин. Наибольшее волнообразование, как и эффективность разрушения ледяного покрова изгибно-гравитационными волнами наблюдалась при скорости движения Fr=0,535. Дальнейшее увеличения скорости приводило к значительному росту заглубления модели и снижению ледоразрушающей способности изгибно-гравитационных волны. Численно определены зависимость коэффициента волнового сопротивления для моделей с заданными характеристиками. Установлены скорости движения, при которых наблюдались локальные максимумы и минимум значений сопротивления. Рассчитаны поля давлений вдоль верхней и нижней поверхности движущегося погруженного тела заданной формы. По профилям взволнованной поверхности получены зависимости относительной высоты гравитационных волн от скорости движения и заглубления моделей. Впервые экспериментально определены углы дифферента, возникающие при движении модели в приповерхностной водной среде. Рассчитаны значения величины подъемной силы и гидродинамического момента на основе которых построены зависимости. Установлено, что максимальные значения гидродинамический момент и соответственно угол дифферента приобретает при скорости движения Fr=0,45. Показано влияние на значения исследуемых параметров, особенностей формы корпуса моделей.