Бассейн модели корабля - Ship model basin

Модель Эммы Мэрск проходит испытания в модельном бассейне корабля

Модель корабля бассейн физического бассейн или резервуар используется для проведения гидродинамических испытаний с моделями судов , с целью разработку нового (полноразмерный) корабля, или уточнения конструкции корабля , чтобы улучшить производительность судна в море. Он также может относиться к организации (часто к компании), которая владеет и управляет таким объектом.

Компания, занимающаяся созданием моделей судовых бассейнов, - это инженерная фирма, которая выступает в качестве подрядчика для соответствующих верфей и предоставляет испытания гидродинамических моделей и численные расчеты для поддержки проектирования и разработки судов и морских сооружений.

История

12-футовая модель корпуса, использованная Уильямом Фроудом при испытании на устойчивость масштабной модели, выставлена ​​в Музее науки.
Бассейн экспериментальной модели США, около 1900 г.

Выдающийся английский инженер Уильям Фроуд опубликовал в 1860-х годах серию влиятельных статей о конструкции кораблей для обеспечения максимальной устойчивости. Институт морских архитекторов в конце концов поручил ему определить наиболее эффективную форму корпуса. Он подтвердил свои теоретические модели обширным эмпирическим тестированием, используя масштабные модели для различных размеров корпуса. Он установил формулу (теперь известную как число Фруда ), с помощью которой результаты небольших испытаний могут использоваться для прогнозирования поведения полноразмерных корпусов. Он построил последовательность из 3, 6 и (показанных на рисунке) моделей в масштабе 12 футов и использовал их в испытаниях буксировки, чтобы установить законы сопротивления и масштабирования. Позднее его эксперименты были подтверждены в полномасштабных испытаниях, проведенных Адмиралтейством, и в результате первая модель бассейна была построена за счет государства в его доме в Торки . Здесь он смог совместить математические знания с практическими экспериментами с таким успехом, что его методам до сих пор следуют.

Denny Tank, первый в мире коммерческий испытательный танк.
Denny Tank , первый в мире коммерческих испытаний танк.

Вдохновленная успешной работой Фруда, судостроительная компания William Denny and Brothers завершила первый в мире коммерческий образец бассейна модели корабля в 1883 году. Этот объект использовался для испытаний моделей различных судов и исследовал различные методы движения, включая гребные винты, лопасти и лопасти. колеса. Эксперименты проводились на моделях стабилизаторов Денни-Брауна и корабля на воздушной подушке Денни, чтобы проверить их осуществимость. Персонал танка также проводил исследования и эксперименты для других компаний: компания Harland & Wolff из Белфаста решила установить луковицу на лайнере Canberra после успешных испытаний модели на танке Denny.

Испытательные установки

Гидродинамические испытательные объекты , присутствующие в модели бассейна сайта включают в себя , по меньшей мере буксирный бак и кавитационные туннель и мастерские. Некоторые бассейны моделей кораблей имеют дополнительные удобства, такие как бассейн для маневрирования и морской воды, а также ледяной резервуар .

Буксирный танк

Танк Ocean Towing Tank - с оборудованием для буксировки и создания волн - в Университетском колледже Лондона.
Модель проходит испытания в Буксировочном танке Университета Ньюкасла.
Кавитационный туннель Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau в Берлине
Кавитирующий винт в эксперименте с водным туннелем в Модельном бассейне Дэвида Тейлора

Буксирная цистерна представляет собой резервуар шириной несколько метров и длиной в сотни метров, оборудованный буксирной тележкой, которая движется по двум рельсам с обеих сторон. Буксирная тележка может буксировать модель или следовать за самоходной моделью и оснащена компьютерами и устройствами для регистрации или управления, соответственно, такими переменными, как скорость, тяга и крутящий момент гребного винта, угол поворота руля и т. Д. Буксирный бак служит для сопротивления и испытания силовой установки с моделями буксируемых и самоходных судов для определения мощности двигателя, необходимой для достижения скорости, указанной в контракте между верфью и судовладельцем. Буксирный бак также служит для определения маневренности в масштабе модели. Для этого самоходная модель подвергается серии зигзагообразных маневров с разной амплитудой угла поворота руля. Последующая обработка данных испытаний посредством идентификации системы приводит к созданию числовой модели для имитации любого другого маневра, такого как испытание спиралью Дьедонне или круговые повороты. Кроме того, буксирный танк может быть оборудован PMM ( механизмом плоского движения ) или CPMC (компьютеризированной тележкой планарного движения) для измерения гидродинамических сил и моментов на кораблях или подводных объектах под влиянием наклонного притока и вынужденных движений. Буксирный танк также может быть оснащен волновым генератором для проведения мореходных испытаний, либо путем моделирования естественных (нерегулярных) волн, либо путем воздействия на модель волнового пакета, который дает набор статистических данных, известных как операторы амплитуды отклика (аббревиатура RAO ), которые определяют вероятное реальное поведение судна при движении в море при различных амплитудах и частотах волн (эти параметры известны как состояние моря ). Современные средства мореходных испытаний могут определить эту статистику РАО с помощью соответствующего компьютерного оборудования и программного обеспечения за один тест.

Кавитационный туннель

Кавитационный туннель используется для исследования гребных винтов . Это вертикальный водяной контур с трубами большого диаметра. Вверху находится измерительное оборудование. Установлен параллельный приток. С моделью корабля или без нее гребной винт, прикрепленный к динамометру , вводится в приток, и его тяга и крутящий момент измеряются при различных соотношениях скорости воздушного винта (числа оборотов) к скорости притока. Стробоскоп синхронизирован со скоростью пропеллера служит для визуализации кавитации , как если кавитационный пузырек не будет двигаться. По этому можно увидеть, не будет ли пропеллер поврежден кавитацией. Для обеспечения сходства с полномасштабным воздушным винтом давление понижается, а содержание газа в воде регулируется.

Мастерские

Модели кораблей изготавливают модели кораблей из дерева или парафина на компьютеризированном фрезерном станке . Некоторые из них также производят свои модели гребных винтов. Оснащение корабельных моделей всеми приводами и калибрами и технологическим оборудованием для испытаний нестандартных моделей - основные задачи мастерских.

Маневренно-морской бассейн

Это испытательный стенд, достаточно широкий, чтобы исследовать произвольные углы между волнами и моделью корабля, а также выполнять маневры, подобные круговым разворотам, для которых буксирный бак слишком узок. Тем не менее, некоторые важные маневры, такие как испытание спирали, по-прежнему требуют еще большего пространства и должны быть смоделированы численно после идентификации системы.

Ледяной танк

Основная статья: Ледяной танк

Ледяной бак используется для создания ледокольных судов , он выполняет те же функции, что и буксирный бак для открытых водоемов. Сопротивление и требуемая мощность двигателя, а также маневренность определяются в зависимости от толщины льда. Также может быть определена сила льда на морских сооружениях. Слои льда замораживаются с помощью специальной процедуры для уменьшения размеров кристаллов льда до масштабов модели.

Программное обеспечение

Кроме того, эти компании или органы власти имеют программное обеспечение CFD и опыт численного моделирования сложного обтекания судов, их рулей и гребных винтов. Современное состояние еще не позволяет программному обеспечению полностью заменить модельные тесты расчетами CFD. Одна из причин, но не единственная, заключается в том, что элементизация по-прежнему стоит дорого. Также проектирование линий некоторых кораблей выполняется специалистами бассейна модели корабля либо с самого начала, либо путем оптимизации первоначального проекта, полученного на верфи. То же касается конструкции гребных винтов.

Примеры

Бассейны моделей судов во всем мире организуются в ITTC ( Международная конференция по буксирным танкам ) для стандартизации процедур испытаний моделей.

Некоторые из наиболее значимых бассейнов моделей кораблей:

Рекомендации

Внешние ссылки