武 珅， 宋明太， 芮 伟

(中国船舶科学研究中心 船舶振动噪声重点实验室，无锡 214082)

船舶在冰区航行时，特别是破冰航行状态，经常导致碎冰块下浸并沿着船体侧面和底面滑动，对船体和螺旋桨、舵等附体结构的正常运行带来影响。对于船舶螺旋桨而言，通常裸露于船艉且浸深较浅，螺旋桨的旋转抽吸作用使得冰水混合流中的冰块靠近桨盘，进而与旋转桨叶发生碰撞和切削作用，直至冰块通过桨盘面。冰块对桨叶的碰撞冲击载荷要高于水动力载荷[1]，是造成冰区船舶螺旋桨叶片变形甚至损坏的主要因素，因此开展冰桨碰撞对冰区船舶螺旋桨的性能影响研究具有重要意义。

由于冰水混合环境下的冰桨碰撞作用过程复杂，涉及固-固、固-液、液-汽等多物理场的耦合作用，目前在数值模拟方面还未能建立起全耦合的分析求解方法，多采用分离解耦和假设简化的方法处理[2]。现行的冰区螺旋桨载荷和强度校核规范多是源于模型和实船试验，通过试验反映物理作用现象，再经过理论分析和系列统计回归进行修正参数的选取[3]，是解决此类力学问题的主要技术手段。对于冰桨碰撞切削作用的模型试验，国内外学者利用冻结和非冻结冰，已分别在冰水池和拖曳水池、空泡水筒等开展了试验研究工作。Wang等[4]在加拿大IOT冰水池开展了吊舱推进器切削层冰的模型试验，测量了切削过程中螺旋桨的推力和扭矩特性变化。Huisman等[5-6]利用石蜡和树脂的非冻结模型冰在荷兰MARIN水池进行了自由运动冰与螺旋桨碰撞，测试了螺旋桨的多分量水动力性能变化。……