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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。
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单位武汉第二船舶设计研究所; 哈尔滨工程大学
