氷水槽は、船舶、構造物、または海底と氷および水の相互作用を物理的にモデル化する環境を提供することを目的とした船舶模型の水槽です。氷水槽は、曳航水槽または操縦水槽のいずれかの形態をとることがあります。
多くの非冷蔵船模型水槽では、パラフィンワックス、石膏、発泡スチロールやプラスチックビーズの混合物などの模擬氷が使用されています。これらの模擬氷の清掃と取り扱いは、しばしば面倒です。氷タンクが他の船模型水槽と異なる点は、氷タンクにはこれらの材料を便利に取り扱うための特別な設備が構造に組み込まれていることです。主に水を含む冷蔵水槽を使用することで、模型氷の作製と清掃は、凍結と融解という簡便な方法で行うことができます。
氷のスケーリング
船舶模型の水槽は、多くの場合、実物大のプロセスをミニチュアでシミュレートします。船舶や構造物は、サイズが線形に縮小され、質量、排水量、容積は立方体で表されます。氷のモデリングにおける課題は、正確なシミュレーションを提供するために、対象となる氷の特性を適切に縮小することです。
氷のシミュレーションでは、多くの要因と特性を考慮する必要があります。シミュレーション対象となる実際の環境は、最も重要な考慮事項です。例えば、湧き水河川を流れて流れを止めている氷塊は、シミュレーションされた北極氷床を航行する船舶モデルとは大きく異なるモデルとなります。また、砕けた氷塊や流氷が緩んだ海域を航行する船舶モデルも、大きく異なります。
弱化氷法
砕氷船の模型試験において重要な要素の一つは、氷の強度と厚さの変化による影響です。例えば、1/30スケールを選択した場合、砕氷船の模型は1/30の大きさになります。使用する氷の厚さと強度も1/30にする必要があります。
純水の氷を使用する場合、純水の氷は柔らかくならないという問題があります。
多くの氷タンクは、主に水とドーパントと呼ばれる化学添加物からなる混合物を用いて氷を模倣しています。ドーパントは、純水の氷の融点を下げる化学物質です。一般的に使用されるドーパントには、塩、エタノール、エチレングリコール、尿素などがあります。
十分に低い温度にすることで、水とドーパントが溶液中で凍結し、氷床を形成します。この不純な氷床は、純水の氷よりも本質的に柔らかいですが、望ましいスケール強度よりもはるかに硬くなる可能性があります。望ましい厚さに達したら、気温を焼き戻し温度まで上げます。氷の温度が上昇すると、ドーパントが凍結溶液から析出し、液体の塩水ポケットを形成します。これらの塩水ポケットは氷床からゆっくりと排出され、氷床を弱めます。氷床が再凍結しないようにすれば、氷の強度は漸近値に近づくまで低下し続けます。適切な氷スケールを選択することは、いつ試験を実施するかという問題になります。この軟化は、しばしば焼き戻しと呼ばれます。
氷模型は種類によってモデル化方法が異なります。例えば、ほとんどの砕氷船は、氷に向かって上昇し、船の重力によって下方に砕氷することで氷を砕きます。この場合、氷の下方向の曲げ強度を正確にモデル化することが最も重要です。[要出典]橋梁や海洋構造物の場合、圧縮強度または上方向の曲げ強度の方が重要になる場合があります。船舶の推進力に対する氷の影響を考慮すると、凍結プロセス中に制御された量のガスまたは空気を追加することで、模型の氷の密度を低減する必要があることがよくあります。
氷タンク一覧
 | このリストは不完全です。不足している項目を追加してご協力ください。 ( 2016 年 10 月) |
| 施設 | 位置 | 年 | 長さ | 幅 | 深さ | テクノロジー | 注記 | 参照 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| アールト大学 | エスポー、フィンランド | 1980年代～現在 | 40メートル（131フィート） | 40メートル（131フィート） | 2.8メートル（9フィート） | エタノールで細粒化 | [1] | |
| 韓国船舶海洋工学研究院（KRISO） | 大田、韓国 | 42メートル（138フィート） | 32メートル（105フィート） | 2.5メートル（8フィート） | [2] | |||
| カナダ国立研究会議（NRCC-OCRE） | カナダ、ニューファンドランド、セントジョンズ | 1985年～現在 | 90メートル（295フィート） | 12メートル（39フィート） | 3.0メートル（10フィート） | [3] | ||
| HSVA、大型氷模型盆地 | ハンブルク、ドイツ | 78メートル（256フィート） | 10メートル（33フィート） | 2.5メートル（8フィート） | [4] | |||
| アーカー・アークティック・テクノロジー社 | ヘルシンキ、フィンランド | 2006年～現在 | 75メートル（246フィート） | 8メートル（26フィート） | 2.1メートル（7フィート） | 塩を細かく砕いた | [5] | |
| マサヤーズ北極研究センター（MARC） | ヘルシンキ、フィンランド | 1982–2006 | 77.3メートル（254フィート） | 6.5メートル（21フィート） | 2.3メートル（8フィート） | 塩を細かく砕いた | 1989 年までは Wärtsilä Arctic Research Centre (WARC)、2005 年以降は Aker Arctic。 | [5] |
| ヴァルチラ氷床モデル盆地(WIMB) | ヘルシンキ、フィンランド | 1969–1982 | 50メートル（164フィート） | 4.8メートル（16フィート） | 1.15メートル（4フィート） | 塩水 | 古い防空壕の中に建てられた | [5] |
| CRREL | アメリカ合衆国ニューハンプシャー州ハノーバー | 37メートル（121フィート） | 9メートル（30フィート） | 2.4メートル（8フィート） | [6] [7] | |||
| 海研 | 三鷹、東京、日本 | 35メートル（115フィート） | 6メートル（20フィート） | 1.8メートル（6フィート） | [8] | |||
| クリロフ国立研究センター | サンクトペテルブルク、ロシア | 102メートル（335フィート） | 10メートル（33フィート） | 2メートル（7フィート） | [9] [10] | |||
| HSVA、環境試験池 | ハンブルク、ドイツ | 1971年～ | 30メートル（98フィート） | 6メートル（20フィート） | 1.2メートル（4フィート） | [5] [11] | ||
| カナダ国立研究会議（NRCC-OCRE） | オタワ、オンタリオ州、カナダ | 21メートル（69フィート） | 7メートル（23フィート） | 1.1メートル（4フィート） | [12] | |||
| 北極南極研究所（AARI） | サンクトペテルブルク、ロシア | 35メートル（115フィート） | 5メートル（16フィート） | 1.8メートル（6フィート） | [13] | |||
| 北極南極研究所（AARI） | レニングラード、ソビエト連邦 | 1955年～？？ | 13.4メートル（44フィート） | 1.85メートル（6フィート） | 1.1メートル（4フィート） | 塩水 | 世界初の氷タンク。 | [5] |
参考文献
- ^ Aalto Ice Tank. Aalto University. 2016年10月16日閲覧。
- ^ “MOERI - Maritime & Ocean Engineering Research Institute”. 2009年5月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年9月11日閲覧。
- ^ 「氷タンク – 90m研究施設」canada.caカナダ政府 2019年3月19日2019年11月8日閲覧。
- ^ “HSVA ホーム - Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt” . 2016 年10 月 15 日に取得。
- ^ abcde 40 Years of Model Testing Archived 2016-10-22 at the Wayback Machine . Aker Arctic. 2016-10-16閲覧。
- ^ http://www.crrel.usace.army.mil 2007年2月3日アーカイブ、Wayback Machine
- ^ “Ice Engineering Test Basin”. 2007年6月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年2月4日閲覧。
- ^ “国立研究開発法人海上技術安全研究所 主要施設”. 2016年3月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年10月15日閲覧。
- ^ 「クリロフ国立研究センター」 。 2016年10月15日閲覧。
- ^ 「実験施設」2016年10月15日閲覧。
- ^ 「ホーム」. hsva.de .
- ^ 「氷タンク – 21メートル研究施設」canada.caカナダ政府 2019年3月19日2019年11月8日閲覧。
- ^ 「ホーム」。aari.ru。
