摘要
为了揭示冰下运动物体兴波破冰机理,探究一种可用于水下航行器破冰上浮的新型破冰技术,本文以椭球体作为水下航行器的简化模型,利用自行设计制作的一套拖航实验装置,在低温实验室的小型冰水槽中开展了系列破冰实验.实验分析了破冰机理,椭球体在水下近冰面处运动引发冰面的水弹性响应,冰层内的弹性弯曲波与水波耦合为弯曲-重力波,进而导致冰层的挠曲变形.当冰层内部的应力超过其极限应力时,就会导致冰层发生破坏.通过对多种物理参数的影响进行分析,研究表明:冰层的存在会额外增加模型的拖航阻力,且这种影响与模型的运动速度和浸没深度有关;弯曲-重力波的破冰效果与椭球体运动速度紧密相关,存在一个最优破冰速度,以此速度运动的椭球体具有最高效的破冰能力,使得冰层被破坏区域的面积达到最大;随着椭球体浸没深度的增加,冰层的响应幅值迅速衰减;由椭球体运动兴波导致的冰面破坏模式具有一般规律,横向裂纹先于纵向裂纹出现.
基金项目
国家自然科学基金区域联合基金(U20A20327)
国家自然科学基金(52192693)
国家自然科学基金(52192690)
国家自然科学基金(51979051)
国家自然科学基金(51979056)
国家重点研发计划(2021YFC2803400)
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