Бассейн модели корабля - Ship model basin

Модель Эмма Мэрск проходит тестирование в бассейн модели корабля

А бассейн модели корабля это физический бассейн или бак используется для выполнения гидродинамический тесты с модели кораблей, с целью проектирования нового (полноразмерного) корабля или доработки конструкции корабля для улучшения его характеристик в море. Он также может относиться к организации (часто к компании), которая владеет и управляет таким объектом.

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

История

12-футовые модели корпуса, используемые Уильям Фроуд в масштабной модели тестирования стабильности, демонстрируемой в Музей науки
Бассейн экспериментальной модели США, около 1900 г.

Выдающийся английский инженер, Уильям Фроуд опубликовал серию влиятельных статей о конструкции кораблей для обеспечения максимальной устойчивости в 1860-х годах. В Институт военно-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 которого результаты маломасштабных испытаний могут быть использованы 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 Адмиралтейство и в результате первый бассейн модели корабля был построен за государственный счет в его доме в Торки. Здесь он смог совместить математические знания с практическими экспериментами с таким успехом, что его методам до сих пор следуют.[1]

Denny Tank, первый в мире коммерческий испытательный танк.
В Денни Танк, первый в мире коммерческий испытательный танк.

Вдохновленная успешной работой Фруда, судостроительная компания Уильям Денни и братья завершил мир первый коммерческий пример бассейна модели корабля в 1883 году. Средство использовалось для испытания моделей множества судов и исследовало различные методы движения, включая гребные винты, лопасти и лопастные колеса. Эксперименты проводились на моделях стабилизаторов Denny-Brown и Denny судно на воздушной подушке чтобы оценить их осуществимость. Сотрудники танка также проводили исследования и эксперименты для других компаний: из Белфаста. Харланд и Вольф решил приспособить луковичный лук на лайнере Канберра после успешных модельных испытаний в Denny Tank.[2]

Испытательные установки

Установки для гидродинамических испытаний, имеющиеся на участке модельного бассейна, включают как минимум буксирный танк и кавитационный туннель и мастерские. Некоторые бассейны моделей кораблей имеют дополнительные возможности, такие как маневрирование и мореплавание бассейн и ледяной танк.

Буксирный танк

Буксировочный танк Ocean - с оборудованием для буксировки и создания волн - на Университетский колледж Лондона
Модель проходит испытания в буксировочном баке г. Ньюкаслский университет.
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 бассейн 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. Постобработка тестовых данных с помощью идентификация системы приводит к численной модели для моделирования любого другого маневра, например Спираль Дьедонне или поворачивая круги. Дополнительно буксирный танк может комплектоваться ПММ (механизм планарного движения ) или CPMC (компьютеризированная каретка плоского 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, известный как операторы амплитуды отклика (акроним РАО), которые определяют вероятное реальное поведение судна в море при работе в море с различными амплитудами и частотами волн (эти параметры известны как состояния 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 пропеллеры. 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 динамометр, вводится в приток, и его тяга и крутящий момент измеряются при различных соотношениях скорости гребного винта (числа оборотов) к скорости притока. А стробоскоп синхронизация со скоростью гребного винта служит для визуализации кавитации, как если бы кавитационный пузырь не двигался. Таким образом, можно увидеть, не будет ли пропеллер поврежден кавитацией. Чтобы обеспечить подобие полномасштабного гребного винта, давление понижается, а газосодержание воды регулируется.

Мастерские

Модели кораблей бассейнов изготавливают из дерева или парафин с компьютеризированным фрезерный станок. Некоторые из них также производят свои модели гребных винтов. Оснащение корабельных моделей всеми приводами и приборами, технологическим оборудованием для испытаний нестандартных моделей - основные задачи мастерских.

Маневренно-морской бассейн

Это испытательная установка, достаточно широкая, 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 численно моделироваться после идентификации системы.

Ледяной танк

Основная статья: Ледяной танк

Ледяной бак используется для выработки ледокольные суда, этот танк выполняет те же функции, что и буксирный танк 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 до масштабов модели.

Программного обеспечения

Кроме того, эти компании или органы власти CFD программное обеспечение и опыт для 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 использование элементов все еще 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 по всему миру организованы в ITTC.[3] (Международная конференция по буксировочным танкам ) для стандартизации своих модельных процедур тестирования.

Некоторые из наиболее значимых бассейнов моделей кораблей:

использованная литература

  1. ^ Браун, Дэвид К. (2006). Путь корабля посреди моря: жизнь и творчество Уильяма Фруда. Penzance: Periscope Publishing. п. 143. ISBN  1-904381-40-5.
  2. ^ "Научная и управленческая революция в судостроении на" двух Клайдах "1880-1900 гг." (PDF). Гильдия морских исследований. Лето 2013.
  3. ^ http://ittc.sname.org/
  4. ^ http://cwprs.gov.in/Page/CMRT.aspx
  5. ^ http://www.sintef.no/ocean/
  6. ^ http://www.wolfsonunit.co.uk
  7. ^ https://web.archive.org/web/20120126022333/http://www.stevens.edu/ses/cms/Facilities/index.html
  8. ^ https://web.archive.org/web/20071011142641/http://iot-ito.nrc-cnrc.gc.ca/about_e.html
  9. ^ http://forcetechnology.com
  10. ^ http://www.sspa.se
  11. ^ http://www.ipt.br/centros_tecnologicos/CTMNE/laboratorios_e_sessoes/35-laboratorio_de_engenharia_naval_e_oceanica___leno.htm МОРСКОЙ
  12. ^ http://www.ipt.br/EN ИПТ-СП
  13. ^ http://www.marin.nl
  14. ^ http://www.insean.cnr.it/en/content/cnr-insean
  15. ^ http://www.dii.unina.it
  16. ^ http://www.sva-potsdam.de
  17. ^ http://www.hsva.de
  18. ^ https://web.archive.org/web/20060210023128/http://www.bassin.fr/
  19. ^ http://www.cehipar.es
  20. ^ http://www.cto.gda.pl/en
  21. ^ https://web.archive.org/web/20140825152508/http://www.flowavett.co.uk/the-facility
  22. ^ http://www.nmri.go.jp/english/research_facilities.html
  23. ^ http://www.cssrc.com

внешние ссылки