Кіріспе
Гидродинамикалық сынақтар жүргізу үшін қолданылатын су резервуары. Кеме модельдері бассейні – жаңа (толық көлемді) кемелерді жобалау немесе кемелердің теңіздегі қасиеттерін жақсарту үшін кемелердің дизайнын жетілдіру мақсатында кеме модельдерімен гидродинамикалық сынақтар жүргізуге арналған бассейн немесе резервуар. Бұл мұндай құрылысты иелену және басқарумен айналысатын ұйымды (көбінесе компанияны) да білдіруі мүмкін. Инженерлік фирма тиісті кеме құрылыс орындарына мердігер ретінде қызмет етеді және кемелер мен теңіз құрылыстарын жобалау мен дамытуға қолдау көрсету үшін гидродинамикалық модельдерді сынау және сандық есептеулер жүргізеді.
A ship model basin is a basin or tank used to carry out hydrodynamic tests with ship models, for the purpose of designing a new (full sized) ship, or refining the design of a ship to improve the ship's performance at sea. It can also refer to the organization (often a company) that owns and operates such a facility. An engineering firm acts as a contractor to the relevant shipyards, and provides hydrodynamic model tests and numerical calculations to support the design and development of ships and offshore structures.
Тарих
1860 жылдары көрнекті ағылшын инженері Уильям Фроуд кемелердің тұрақтылығын арттыру мақсатындағы кеме жобалары туралы бірнеше маңызды мақалалар жариялады. Соңынан Теңіз архитекторлары институты оған ең тиімді корпус пішінін анықтауды тапсырды. Ол өз теориялық модельдерін әртүрлі корпус өлшемдеріне сәйкес жасалған масштабты модельдерді пайдалана отырып, кең ауқымды эмпирикалық сынақтармен растады. Ол кішкентай масштабтағы сынақтардың нәтижелерін толық өлшемді корпустардың қалай өрескел болатынын болжау үшін қолданылатын формуланы (қазір Фроуд саны деп аталады) жасады. Ол 3, 6 және (суретте көрсетілген) 12 футтық масштабтағы модельдер тізбегін құрастырып, оларды сүйреу сынақтарында қолданып, кедергі мен масштабтау заңдарын анықтады. Оның тәжірибелері кейіннен Адмиралтейство жүргізген толық масштабты сынақтарда дұрыс екені дәлелденді, нәтижесінде алғашқы кеме моделі бассейні оның Торкейдегі үйінде мемлекеттік қаражат есебінен салынды. Ол осы жерде математикалық білімін тәжірибелік зерттеулермен үйлестіре алды, сондықтан оның әдістері бүгінгі күнге дейін қолданылып келеді. Фроудтың табысты жұмысынан шабыттанған кеме құрылысы компаниясы Уильям Денни және Браттары 1883 жылы кеме моделін жасаудың әлемдегі алғашқы коммерциялық нысанын құрды. Бұл нысан әртүрлі кемелердің модельдерін сынау үшін және винттер, ескектер және желкендік дөңгелектер сияқты әртүрлі қозғалту әдістерін зерттеу үшін пайдаланылды. Денни Браун стабилизаторлары мен Денни әуе кемелерінің модельдерінде олардың тиімділігін бағалау үшін тәжірибелер жүргізілді. Бассейн қызметкерлері басқа компаниялар үшін де зерттеулер мен тәжірибелер жүргізді: Белфасттағы Harland & Wolff компаниясы Denny Tank-те сәтті модельдік сынақтардан кейін Canberra лайнеріне бұршақ тәрізді мұрын бөлігін орнатуға шешім қабылдады.
Сынақ қондырғылары
Үлгілік бассейн алаңындағы гидродинамикалық сынақ құрылғыларына кем дегенде сүйрейтін резервуар, кавитациялық туннель және шеберханалар кіреді. Кейбір кеме модельдеу бассейндері маневрлеу және толқынға төзу бассейндері мен мұз резервуарлары сияқты қосымша жабдықтарға да ие.
Тарту резервуары
Тартқыш резервуар – екі жағында рельстермен қозғалатын сүйрейтін арбасы бар, ені бірнеше метр, ұзындығы жүздеген метрлік бассейн. Сүйрейтін арба модельді сүйреуге немесе өздігінен жүретін модельді іздеуге қабілетті, сондай-ақ жылдамдық, винттің итеру күші мен айналу моменты, руль бұрышы сияқты айнымалыларды тіркеуге немесе басқаруға арналған компьютерлермен және құрылғылармен жабдықталған. Тартқыш резервуар сүйретілетін және өздігінен жүретін кеме модельдерімен кедергі және жылдамдық сынақтарын жүргізуге арналған, кеме құрылысшысы мен кеме иесі арасындағы шартта белгіленген жылдамдыққа жету үшін қозғалтқыш қанша қуат беру керектігін анықтауға мүмкіндік береді. Тартқыш резервуар модельдік масштабта маневрлік қасиеттерін анықтау үшін де қолданылады. Осы мақсатта өздігінен жүретін модель әртүрлі руль бұрышының амплитудасында зигзаг тәрізді маневрлерге ұшыратылады. Жүйелік идентификация арқылы сынақ деректерін өңдеу нәтижесінде Диедонн спиралі сынағы немесе айналу шеңберлері сияқты кез келген басқа маневрді модельдеуге арналған сандық модель құрылады. Бұған қоса, тартқыш резервуар PMM (жазық қозғалыс механизмі) немесе CPMC (компьютерлік жазық қозғалыс тасымалы) құрылғыларымен жабдықталуы мүмкін, бұл кемелердегі немесе суастындағы нысандардағы көлбеу ағын мен мәжбүрлі қозғалыстардың әсерінен туындайтын гидродинамикалық күштер мен моменттерді өлшеуге мүмкіндік береді. Тартқыш резервуар теңіздегі кемелердің қасиеттерін зерттеу үшін толқын генераторымен де жабдықталуы мүмкін, бұл табиғи (ретсіз) толқындарды модельдеуге немесе модельді толқын пакетіне ұшыратуға мүмкіндік береді, нәтижесінде жауап амплитудасы операторлары (RAO) деп аталатын статистикалық жиынтық алынады, ол толқын амплитудасы мен жиілігі әртүрлі теңіз жағдайларында кеменің нақты мінез-құлқының ықтималдығын анықтайды (бұл параметрлер теңіз күйлері деп аталады). Қазіргі заманғы теңіздегі кемелердің қасиеттерін зерттеу құрылғылары тиісті компьютерлік жабдықтар мен бағдарламалық қамтамасыз ету көмегімен осы RAO статистикасын бір сынақта анықтай алады.
Кавитациялық туннель
Пропеллерлерді зерттеу үшін кавитациялық туннель пайдаланылады. Бұл үлкен диаметрлі құбырлары бар тік су айналымы. Тұңғышқы бөлігінде өлшеу құралдары орналасқан. Параллель ағын қамтамасыз етіледі. Кеме моделімен немесе онсыз, динамометрге бекітілген пропеллер ағысқа енгізіледі, және оның итермелеу күші мен моменті пропеллер айналу жылдамдығының (бір минуттағы айналым саны) және ағыс жылдамдығының әртүрлі қатынастарында өлшенеді. Пропеллер айналу жылдамдығымен синхронды стробоскоп кавитациялық көпіршіктердің қозғалмайтындай етіп кавитацияны көруге мүмкіндік береді. Осылайша, пропеллердің кавитациядан зақымдану мүмкіндігін бағалауға болады. Толық көлемдегі пропеллерге ұқсастықты қамтамасыз ету үшін қысым төмендетіледі және судың газ құрамы бақыланады.
Семинарлар
Кеме модельдерін жасау орталықтары өз кеме модельдерін ағаштан немесе парафинден компьютерлік фрезерлеу станогы арқылы дайындайды. Олардың кейбіреулері кеме винттерін де өндіреді. Кеме модельдерін барлық жетекті құрылғылармен және өлшеу құралдарымен жабдықтау, сондай-ақ стандартты емес модельдерді сынауға арналған жабдықтарды жасау – шеберханалардың басты міндеттері.
Маневрлік және теңізде ұсталатын бассейн
Бұл толқындар мен кеме моделі арасындағы кез келген бұрыштарды зерттеуге, сондай-ақ сүйрейтін танкқа тым тар болатын, мысалы, айналу шеңберлері сияқты маневрлерді орындауға мүмкіндік беретін сынақ орнатылысы. Дегенмен, спиральдік сынақ сияқты кейбір маңызды маневрлерге одан да көп кеңістік қажет, және жүйе анықталғаннан кейін оларды сандық түрде модельдеу қажет болады.
Мұз резервуары
Мұз бұзатын кемелерді жобалау үшін мұзды резервуар қолданылады, бұл резервуар ашық суда жүзетін кемелер үшін сүйреу резервуары сияқты мақсаттарды қамтамасыз етеді. Мұздың қалыңдығына байланысты кемеге қарсылық көрсету және қажетті қозғалтқыш қуаты, сондай-ақ маневрлеу қасиеттері анықталады. Теңіз құрылыстарына мұздың қысымын анықтау да мүмкін. Мұз кристалдарын модельдік масштабқа дейін кішірейту үшін мұз қабаттары арнайы әдіспен мұздатылады.
Бағдарламалық жасақтама
Сонымен қатар, бұл компаниялар мен органдарда кемелердің, олардың рульдері мен винттерінің айналасындағы күрделі ағынды сандық түрде модельдеуге арналған CFD бағдарламалық жасақтамасы және тәжірибе бар. Бүгінгі күнгі ең жетілген технологиялар CFD есептеулерімен модельдік сынақтарды толыққанды алмастыруға әлі мүмкіндік бермейді. Мұның бір себебі, бірақ жалғыз себебі емес, – элементтерге бөлу әлі де қымбатқа соқтырады. Сонымен қатар, кейбір кемелердің корпустық дизайнын кеме моделінің бассейнінің мамандары жүзеге асырады, бастапқыдан немесе кеме құрылысшылары ұсынған бастапқы дизайнды жақсарту арқылы. Бұл винттерді жобалауға да қатысты.