اختبارات نماذج البحرية في المنشآت الكبيرة

تعد قناة ويليام بي مورغان للقنوات الكبيرة (LCC) نفقًا مائيًا كبيرًا متغير الضغط يعمل بالمياه من قبل البحرية الأمريكية في ممفيس منذ عام 1991. وقد تم تصميم هذا المرفق جيدًا لمجموعة متنوعة واسعة من الاختبارات الهيدروديناميكية والهيدروكاوية الصوتية. ويسمح حجمها وإمكانياتها الإجمالية لأرقام رينولدز التي تعتمد على نماذج الاختبارات بأن تقترب أو تحقق حتى من أنظمة النقل الجوي الكامل أو المنقولة بالمياه. (الصورة: البحرية الأمريكية)

تم عرض مولد نقطة واحدة من AquaHarmonics من خلال موجة الابتكارات في حوض المناورة وحفر الستر في Carderock، Md. (صورة بحرية أمريكية من Heath Zeigler)

تعمل جيسيكا مكيلمان ، مهندسة كهربائية في مركز الحرب البحرية السطحية ، قسم كاردروك ، على ضبط مستشعر المجال المغناطيسي في المسار النموذجي الموجود في مختبر الحقول المغناطيسية في غرب بيثيسدا بولاية ميريلاند (صورة للبحرية الأمريكية من قبل نيكولاس مالاي)

نموذج لكسر الجليد يوضح القدرة على المناورة خلال اختبار في المجلس القومي للبحوث في مرفق كندا في سانت جونز ، نيوفاوندلاند. وأظهر الاختبار التقدم المحرز في اختبار وتقييم نماذج التصميم لبرنامج حيازة كاسحة الجليد التابع لحرس السواحل الأمريكي ، والذي يتم دعمه من قبل فريق دولي متعدد الجوانب يضم مهندسين من مركز الحرب السطحية البحرية ، قسم كاردروك. (الصورة من البحرية الأمريكية من قبل ستيفن Ouimette)

نموذج سفينة بدن مرتبط بمزلقة عالية السرعة يتحرك عبر الموجات في حوض ديفيد تايلور النموذجي في مركز الحرب السطحية البحرية ، كارديروك ، أثناء البحث الذي ترعاه أونور. (صورة بحرية أمريكية كتبها جون ف. ويليامز)

Previous Next

داخل مركز Naval Surface Warfare ، قسم Carderock

يعتبر مركز الحرب البحرية السطحية ، قسم Carderock في غرب بيثيسدا ، ميريلاند ، أحد المراكز الرائدة في العالم للخبرة الهيدرولوجية والسطحية تحت سطح الماء ، والبحوث والتصميم ، ليشمل مرافق عالمية المستوى للتجريب والاختبار والتقييم والتحقق من الصحة.

وقال مايك براون ، رئيس قسم الهندسة المعمارية والهندسة البحرية في كاردرك: "نحن نقوم ببناء نماذج مصغرة لتصاميم السفن ويمكننا اختبار أشكال البدن في منشآتنا لقياس الحمل الهيدروديناميكي على الهيكل أو تقييم قدرات انعدام القدرة على الانزلاق". "هذا يساعدنا على توصيف أداء منصاتنا والتنبؤ بها."

يضم حرم جامعة Carderock على طول نهر بوتوماك خزان السحب لاختبار نماذج السفن والسفن والطائرات بدون طيار ، بالإضافة إلى موجة 240 x 360 قدمًا ، مما يؤدي إلى توليد أي نوع من أنماط الموجات والموجات يحدث في أي مكان في العالم ، وكذلك الأمواج التي لا تحدث بشكل طبيعي ، في بيئة يمكن السيطرة عليها والتكرار.

ويمكن استخدام نماذج مفصلة ذاتياً ذاتية القياس من الغواصات للتحكم الدقيق لقوى التحكم في الزوائد وزوايا الدفة المختلفة. "نحن قادرون على توصيف أداء السفينة بشكل دقيق بما فيه الكفاية لكتابة خوارزميات الطيران بواسطة سلك على غواصة كاملة ،" قال براون.

يدور حوض ذراع الدوران في المركز حول مركز لتقييم الدوافع في المنعطفات وتجارب نموذجية للاستقرار والتحكم. يمتلك المركز أيضًا إمكانية الوصول إلى خزان في ولاية ماريلاند حيث يتم اختبار نماذج متدرجة لكل من السفن والغواصات.

لكن بعض من أكثر قدرات كارديروك المثيرة للإعجاب تقع بعيدا ، في مرافق من ألاسكا إلى جزر الباهاما ، ومن تينيسي إلى ايداهو.

يدير قسم كرافتوك كرافت القتالي في ليتل كريك بولاية فرجينيا عددًا من المشاريع الحرفية الصغيرة لتشمل التصميم والبناء والاستحواذ والإدامة.

ويضم لسان جنوب مرفق قياس المحيطات الصوتية (STAFAC) في جزر البهاما ومرفق القياس السمعي في جنوب شرق ألاسكا (SEAFAC) بالقرب من كيتشيكان ، ألاسكا ، صفائف تحت الماء لإجراء قياسات عالية للتوقيعات الصوتية السلبية.

يقع مفرزة البحوث الصوتية Carderock (ARD) بعيدا عن المحيط في ولاية ايداهو. بفضل البحيرة العميقة والهادئة في بحيرة بيند أوريلي ، تتمتع البحرية ببيئة رائعة للتحكم في الاختبارات الصوتية باستخدام غواصات كبيرة الحجم. يحافظ ARD على المركبات ذات الحجم الكبير ذاتية الحركة (LSV) ، مثل Kokanee (LSV-1) الذي يبلغ طوله 90 قدمًا ، وهو نموذج لقياس مستوى الغواصة من فئة Seawolf ، و 110 قدمًا. نموذج قاطع (LSV-2) لقارب من الدرجة فرجينيا ، لتقييم التغييرات في التصميم والتقنيات الجديدة لضمان أن تكون القوارب هادئة قدر الإمكان.

تقع قناة ويليام ب. مورجان للتضخيم الكبير (LCC) على ضفاف نهر المسيسيبي في ممفيس ، بولاية تنيسي ، وهو يشبه نفق الرياح ، ولكنه مليء بـ 1.5 مليون غالون من المياه العذبة. وكما يساعد نفق الرياح على فهم الخصائص الديناميكية الهوائية لأشكال مختلفة ، يمكن لـ LCC اختبار أشكال مثل نماذج مقياس للسفن السطحية والغواصات أو حتى طوربيدات كاملة الحجم ومركبات تحت الماء ، وجمع كميات هائلة من البيانات لقياس الاضطرابات الصغيرة للغاية في الأداء الهيدروديناميكي.

وقال ديف فوستر ، مدير عمليات شركة LCC: "في نموذج LCC ، يتم وضع النموذج في مكانه في قسم الاختبار ، ونحن نتحكم في تدفق المياه حوله". يتم إنشاء التدفق بمحرك كهربائي بقوة 14000 حصان. "من خلال تغيير RPM للمحرك الكبير الذي يقود المروحة LCC بقطر 18 قدم ، فإن سرعة تدفق الماء من خلال قسم الاختبار يمكن التحكم فيها بدقة لتتماشى مع معايير الاختبار" ، قال فوستر.

يتم تعليق كائنات الاختبار في غرفة طويلة مقاس 10 × 10 × 43 قدمًا. يمكن تفريغ الحجرة وفتحها للوصول إلى كائن الاختبار ، والذي يمكن تغييره لاختبار أشكال الاختلاف والتكوينات. "يمكننا إنشاء أسطح تحكم مختلفة من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد" ، قال براون.

في الوقت الحالي يتم استخدام LCC لتوصيف أداء الدوافع لغواصة الصواريخ الباليستية من الدرجة كولومبيا ، واستبدال الغواصات من طراز أوهايو. "لقد قمنا ببناء نموذج مقياس للغواصات والدفعات بالكامل لقياس كل شيء من القوى غير المستقرة إلى التشغيل إلى التجويف. إنه النموذج الأكثر تطوراً الذي قام به Carderock على الإطلاق. "يمكننا تغيير شروط الاختبار وقياس الاضطرابات الصغيرة جدًا في الأداء".

وعلى عكس المحيط ، فإن ميزة كبيرة من LCC هي أنه يمكن للفريق تغيير تدفق LCC والضغط وتختلف معالم النموذج مثل زوايا التحكم وزوايا النموذج. "يمكننا الحفاظ على ظروف الاختبار لساعات تحت ظروف دقيقة تسمح بجمع كميات كبيرة من البيانات خلال يوم واحد" ، قال فوستر.

"أجرينا مؤخرا اختبار نظام سحب الألغام على نطاق كامل. وقال براون إن المركز هو المرفق الوحيد الذي يمكننا فيه الحصول على بيانات فعلية دون نقله إلى المحيط.

"وعلى عكس المحيط ، فإن قسم اختبار LCC يحتوي على نوافذ تسمح بملاحظة كائن الاختبار وتسجيله أثناء الجري" ، أضاف فوستر.

يمكن تشغيل الاختبارات في العديد من التكرارات للتحقق من قدرة النمذجة الحاسوبية وتحسينها في Carderock.

يتم إجراء عدد كبير من الاختبارات قبل الوصول إلى LCC. يمكننا عمل نماذج حاسوبية لديناميات الموائع الحسابية ، ثم بناء نموذج مادي لاختباره في خزان السحب. ثم يمكننا اختبار ذلك النموذج ، أو نموذج أكبر ، في LCC. في نهاية المطاف ، يمكن لقسم التوقيعات لدينا إجراء اختبار صوتي في ARD في ولاية ايداهو.

باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها من نماذج الاختبار في مرافق Carderock ، تم تحسين نماذج الكمبيوتر لتوفير توقعات أفضل ومن ثم يمكن استخدام نماذج الكمبيوتر هذه لتشغيل الملايين من الاختلافات لتمييز خصائص وسلوك التصميمات المختلفة بشكل كامل.

كما استفادت البحرية الأمريكية من مختبر بحوث المهندسين الهندسيين في الجيش الأمريكي في مركز أبحاث وتطوير المناطق الباردة في هانوفر بولاية نيو هامبشير ، والذي يمتلك مرافق ذات مستوى عالمي لإجراء الاختبارات والأبحاث في البيئات شديدة البرودة ، مثل الغواصة. عمليات في مياه القطب الشمالي.

تستخدم المؤسسات الأكاديمية والشركات التجارية أيضًا مرافق Carderock لدعم الاختبار الذي يتضمن ديناميكيات السوائل الحسابية المعقدة وأنماط التدفق والتجويف.

وقال براون: "نعمل سوية من خلال CRADAs ، وهي اتفاقيات متبادلة تفيد جميع الأطراف".

اتفاقيات البحث والتطوير التعاوني (CRADAs) هي اتفاقيات قانونية بين مختبر البحث والتطوير الحكومي وشريك غير تابع للبحرية لإجراء عمليات بحث وتطوير في مجال تقني معين ومشاركة النتائج الفنية المستمدة من الجهود المشتركة.


(كما نشر في طبعة مايو 2018 من مراسل التكنولوجيا البحرية )