Модели ВМФ в крупных установках

Модельный ледокол демонстрирует свою маневренность во время испытания в Национальном исследовательском совете Канады в Сент-Джонсе, Ньюфаундленд. Тест продемонстрировал прогресс, достигнутый в тестировании и оценке моделей проектирования для программы приобретения ледоколов береговой охраны США, которая поддерживается международной многоагентной командой, включая инженеров из Naval Surface Warfare Center, подразделения Carderock. (Фото ВМС США от Стивена Уиммета)

Модель корабля, прикрепленная к высокоскоростным салазкам, движется по волнам в бассейне модели Дэвида Тейлора в Морском морском военном центре, Кардероке, во время исследований, спонсируемых ONR. (Фото ВМС США от Джона Ф. Уильямса)

Большой канал кавитации Уильяма Б Моргана (LCC) представляет собой большой туннель с переменным давлением с замкнутым контуром, который эксплуатируется ВМС США в Мемфисе с 1991 года. Этот объект хорошо разработан для широкого спектра гидродинамических и гидроакустических испытаний. Его общий размер и возможности позволяют номера модели Рейнольдса в образцовой модели приближаться или даже достигать уровня полномасштабных воздушных или водных транспортных систем. (Фото: ВМС США)

Генератор одноточечных сигналов с волновым эффектом AquaHarmonics демонстрируется во время инновационной витрины в бассейне маневрирования и плавания в Кардероке, штат Мэриленд (фото ВМС США от Heath Zeigler)

Джессика МакЭлман, инженер-электрик в Naval Surface Warfare Center, отдел Кардерока, настраивает датчик магнитного поля на модельной дорожке, расположенной в лаборатории магнитных полей в западной части Бетесды, штат Мэриленд (фото ВМС США Николаса Малая)

Previous Next

Внутри Военно-Морского Центра Поверхностных Войн, Отдел Кардерока

Морской центр поверхностных боевых действий, отдел Кардерока в Западном Бетесде, штат Мэриленд, является одним из ведущих мировых центров наземной и подводной гидродинамической экспертизы, исследований и проектирования, включая объекты мирового класса для проведения экспериментов, тестирования, оценки и проверки.

«Мы строим масштабные модели конструкций судов и можем протестировать эти формы корпуса на наших объектах для измерения гидродинамической нагрузки на структуру или оценки способности к затоплению», - сказал Майк Браун, глава Морского архитектурно-инженерного отдела Кардерока. «Это помогает нам характеризовать и прогнозировать производительность наших платформ».

В кампусе Кардерока вдоль реки Потомак находится буксирный резервуар для испытания наземных кораблей, подводных лодок и беспилотных моделей автомобилей, а также маятниковая и маневренная (MASK) бассейны 240 x 360 футов, которые могут генерировать любые волновые и волновые характеристики, которые происходит в любой точке мира, а также волны, которые не происходят естественным образом, в контролируемой и повторяемой среде.

Подробные радиоуправляемые самоходные макеты моделей подводных лодок могут использоваться для точного измерения сил управления на придатках и различных углов хода руля. «Мы можем охарактеризовать производительность судна достаточно точно, чтобы писать алгоритмы по каждому каналу на полномасштабной подводной лодке», - сказал Браун.

Раковина вращающегося рукава центра поворачивается вокруг центра для прогнозов движителя в поворотах и ​​экспериментов по стабильности и контролю модели. Центр также имеет доступ к резервуару в штате Мэриленд, где тестируются масштабируемые модели обоих кораблей и подводных лодок.

Но некоторые из самых впечатляющих возможностей Кардерока находятся далеко, на объектах от Аляски до Багамских островов и от Теннесси до Айдахо.

Отделение Combat Craft Carderock в Малом Крике, штат Вирджиния, управляет рядом небольших проектов кораблей, включая проектирование, строительство, приобретение и техническое обслуживание.

Южный язык океанического акустического измерительного объекта (STAFAC) на Багамских островах и Юго-Восточный Аляскинский институт акустических измерений (SEAFAC) вблизи Кетчикана, Аляска, имеет подводные массивы для выполнения высокоточных пассивных измерений акустической подписи.

Акустический исследовательский отряд Carderock (ARD) расположен вдали от океана в Айдахо. Благодаря глубокому и тихому озеру Пенд-Орейл, военно-морской флот обладает превосходной контролируемой средой для акустических испытаний с использованием крупномасштабных подводных лодок. ARD поддерживает самоходные крупногабаритные транспортные средства (LSV), такие как 90-футовый Kokanee (LSV-1), масштабная модель подводной лодки класса Seawolf и 110-футовая. Модель головореза (LSV-2) лодки класса Virginia для оценки изменений дизайна и новых технологий, чтобы обеспечить максимально спокойную работу лодок.

Большой канал кавитации Уильяма Б. Моргана (LCC) расположен на берегах реки Миссисипи в Мемфисе, Тенне. LCC похож на аэродинамическую трубу, но заполненной 1,5 миллионами галлонов пресной воды. Подобно тому, как аэродинамическая труба помогает понять аэродинамические свойства различных форм, LCC может тестировать такие формы, как масштабные модели надводных кораблей, подводных лодок или даже полноразмерных торпед и подводных аппаратов, собирающих огромные объемы данных для измерения чрезвычайно малых возмущений в гидродинамических характеристиках.

«В LCC модель удерживается на месте в тестовом разделе, и мы контролируем поток воды вокруг нее», - сказал Дейв Фостер, менеджер LCC Operations Manager. Поток создается электродвигателем мощностью 14 000 л.с. «Изменяя RPM большого двигателя, управляющего пропеллером LCC диаметром 18 футов, скорость потока воды через испытательную секцию может контролироваться точно, чтобы соответствовать параметрам теста», - сказал Фостер.

Испытуемые объекты подвешиваются в 10 x 10 на 43 футовой камере. Камера может быть слита и открыта, чтобы получить доступ к тестовому объекту, который можно изменить для проверки разностных форм и конфигураций. «Мы можем создавать различные поверхности управления с помощью трехмерной печати», - сказал Браун.

В настоящее время LCC используется для характеристики производительности движителя для подводной лодки баллистических ракет класса Columbia, замены для подводных лодок класса Огайо. «Мы построили масштабную модель всей подводной лодки и движителя, чтобы измерить все: от неустановившихся сил до включения в кавитацию. Это самая сложная модель, которую когда-либо строил Кардерок, - сказал Браун. «Мы можем варьировать условия тестирования и измерять очень малые возмущения в производительности».

И в отличие от океана, большим преимуществом LCC является то, что команда может изменять поток и давление LCC и изменять параметры модели, такие как контрольная поверхность и углы модели. «Мы можем поддерживать условия тестирования в течение нескольких часов в точных условиях, позволяя собирать большие объемы данных в течение дня», - сказал Фостер.

«Недавно мы провели тестирование полномасштабной буксируемой системы бурения. LCC был единственным объектом, где мы могли получить фактические данные, не доведя их до океана », - сказал Браун.

«И в отличие от океана, в тестовом разделе LCC есть окна, позволяющие наблюдать и регистрировать тестовый объект во время трасс», - добавил Фостер.

Тесты могут выполняться во многих итерациях для проверки и улучшения возможностей компьютерного моделирования в Carderock.

Перед тем, как прибыть в LCC, проводится значительное количество тестов. «Мы можем сделать наше компьютерное моделирование динамики вычислительной жидкости, а затем построить физическую модель для тестирования в нашем буксирном баке. Затем мы можем протестировать эту модель, или большую, в LCC. В конце концов, наш отдел подписи может проводить акустические испытания на ARD в Айдахо.

Используя данные, полученные на тестовых моделях в установках Carderock, компьютерные модели улучшены, чтобы обеспечить лучшие прогнозы, а затем эти компьютерные модели могут использоваться для запуска миллионов вариантов, чтобы полностью охарактеризовать свойства и поведение разных конструкций.

Военно-морской флот также использовал лабораторию научно-исследовательских и опытно-конструкторских лабораторий Корпуса инженеров инженерных лабораторий США (CRREL) в Ганновере, NH, которая располагает объектами мирового класса для проведения испытаний и исследований в экстремально холодных условиях, таких как подводная лодка операций в арктических водах.

Академические учреждения и коммерческие компании также используют средства Carderock для поддержки тестирования, включающего сложную вычислительную гидродинамику, структуру потока и кавитацию.

«Мы работаем вместе через CRADAs, которые являются взаимными соглашениями, которые приносят пользу всем сторонам», - сказал Браун.

Кооперативные соглашения о научных исследованиях и разработках (CRADAs) являются юридическими соглашениями между правительственной лабораторией исследований и разработок и партнером, не являющимся военно-морским флотом, для совместного проведения исследований и разработок в данной технической области и участия в технических результатах, полученных в результате совместных усилий.


(Как было опубликовано в май 2018 г. Репортером морских технологий )