氷タンク

氷タンクは、船、構造物、または海底と氷と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の模型水槽です。氷タンクは、曳航水槽または操縦水槽のいずれかの形をとることができます。

冷蔵されていない船の模型用容器の多くは、パラフィンワックス、石膏、フォームやプラスチックビーズの混合物などの氷の模擬物を使用しています。このような模擬物の清掃や取り扱いは、面倒な作業になることがよくあります。氷タンクが他の船の模型用容器と異なるのは、氷タンクには、このような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。主に水を含む冷蔵容器を使用すると、凍結と溶解が模型の氷の準備と清掃の便利な方法になります。

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、サイズが直線的に縮小され、質量、排水量、体積が立方体で縮小されます。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。

氷をシミュレートする場合、多くの要因と特性が重要です。シミュレートされる実際の環境が主な関心事です。たとえば、湧き水の流れで川に流れ込んで詰まる氷片は、シミュレートされた北極の氷床を横断する船のモデルとはまったく異なる方法でモデル化されます。また、船が砕けた氷片や流氷の領域を横断する場合も異なります。

砕氷船の模型テストにおける重要な要素の 1 つは、氷の強度と厚さの変化による影響です。たとえば、1 対 30 のスケールを選択した場合、船の模型は 1/30 のサイズになります。使用する氷の厚さも 1/30、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使用して氷をシミュレートします。ドーパントは、純水の氷の融点を下げる化学物質です。よく使用されるドーパントは、塩、エタノール、エチレングリコール、尿素です。

十分に低い温度を使用すると、水とドーパントの両方が溶液中で一緒に凍結し、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、必要なスケール強度よりもはるかに硬い場合があります。必要な厚さに達すると、空気の温度が焼き戻し温度まで上げられます。氷の温度が上昇すると、ドーパントが凍結溶液から出て、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ゆっくりと氷床から排出されるため、氷床が弱くなります。氷床が再凍結しないようにすると、氷の強度は漸近値に近づきながら低下し続けます。適切な氷スケールを選択するには、いつテストを実施するかが問題になります。この軟化は、多くの場合、焼き戻しと呼ばれます。

氷の模型はそれぞれ異なります。たとえば、砕氷船のほとんどは、氷に向かって上昇し、船の重さで下方向に砕く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しく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。船の推進力に対する氷の影響により、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して、モデルの氷の密度を減らす必要があることがよくあります。