海军在大型设施中测试比例模型

由Edward Lundquist撰写8 六月 2018

海军水面作战中心,Carderock分部

位于马里兰州西贝塞斯达的Carderock分部海军水面作战中心是世界领先的水面和水下流体动力学专业知识,研究和设计中心之一,其中包括用于实验,测试,评估和验证的世界级设施。

“我们建立了船舶设计的比例模型,并可以在我们的设施中测试这些船体形式,以测量结构上的流体动力载荷或评估耐波性能,”Carderock海军建筑和工程部负责人Mike Brown说。 “这有助于我们刻画和预测我们平台的性能。”

卡托克的波托马克河沿岸校园内设有拖曳水池,用于测试水面舰艇,潜艇和无人驾驶车辆模型,以及240 x 360英尺的波浪制动机动和水波(MASK)水池,可以产生任何波浪和波浪形式发生在世界的任何地方,以及在可控和可重复的环境中不自然发生的波浪。

详细的无线电控制的自推进式潜艇模型可用于精确测量附件和不同舵角的控制力。 “我们能够很好地表征船舶性能,足以在全尺寸潜艇上编写线控算法,”布朗说。

该中心的旋转臂盆围绕推进器评估中心转动,圈养模型稳定性和控制实验。该中心还可以进入马里兰州的一个水库,在那里测试船舶和潜艇的缩尺模型。

但卡德罗克的一些最令人印象深刻的能力远离阿拉斯加到巴哈马以及田纳西州到爱达荷州的设施。

位于弗吉尼亚州Little Creek的Carderock's Combat Craft部门负责管理许多小型工艺项目,包括设计,建造,采购和维护。

位于巴哈马的海洋声学测量设施(STAFAC)的南舌和位于阿拉斯加凯奇坎附近的东南阿拉斯加声学测量设施(SEAFAC)采用水下阵列来执行高保真被动声学特征测量。

Carderock的声学研究分离器(ARD)远离爱达荷州的海洋。由于深海和安静的Lake Pend Oreille湖,海军拥有一个使用大型潜艇进行声学测试的高超控制环境。 ARD维护自行式大型车辆(LSV),例如90英尺长的Kokanee(LSV-1),一种海狼类潜艇的比例模型和110英尺长的潜艇。 Cutthroat(LSV-2)型号的弗吉尼亚级船,用于评估设计变更和新技术,以确保船只尽可能安静。

威廉·B·摩根大型空化通道(LCC)位于田纳西州孟菲斯的密西西比河河岸,其LCC就像一个风洞,但却充满了150万加仑的淡水。就像风洞有助于理解各种形状的空气动力特性一样,LCC可以测试水面船舶,潜艇甚至全尺寸鱼雷和水下航行器的比例模型的形状,收集大量数据以测量流体动力学性能的极小扰动。

LCC运营经理Dave Foster说:“在LCC中,模型在测试部分保留,我们控制周围的水流。流量由14,000马力的电动机产生。 “通过改变驱动18英尺直径LCC螺旋桨的大马达的转速,可以精确控制通过测试部分的水流速度,以匹配测试参数,”福斯特说。

测试对象悬挂在10×10×43英尺长的腔室中。腔室可以被排空并打开以获取测试对象,可以改变测试对象的形状和配置。 “我们可以通过3D打印创建不同的控制表面,”布朗说。

目前LCC正被用来描述哥伦比亚级弹道导弹潜艇推进器的性能,取代俄亥俄级潜艇。 “我们建立了整个潜艇和推进器的比例模型,以测量从不稳定的力量到汽蚀的一切。这是卡德罗克有史以来最复杂的模型,“布朗说。 “我们可以改变测试条件并测量非常小的性能扰动。”

与海洋不同,LCC的一大优势是团队可以改变LCC流量和压力,并改变模型参数,如控制面和模型角度。 “我们可以在精确的条件下保持数小时的测试条件,以便在一天内收集大量数据,”福斯特说。

“我们最近进行了全尺寸猎雷拖曳系统的测试。 LCC是我们能够获得实际数据而无需将其带入海洋的唯一设施,“Brown说。

“与海洋不同的是,LCC测试部分具有窗口,允许在运行过程中观察和记录测试对象,”Foster补充说。

这些测试可以在许多迭代中运行,以验证和改进Carderock的计算机建模能力。

在进入LCC之前进行大量测试。 “我们可以对计算流体动力学进行计算机建模,然后构建一个物理模型以在我们的拖车油箱中进行测试。然后,我们可以在LCC中测试该模型或更大的模型。最终,我们的签名部门可以在爱达荷州的ARD进行声学测试。

使用Carderock设施中的测试模型获得的数据,改进了计算机模型以提供更好的预测,然后这些计算机模型可以运行数百万个变体,以充分表征不同设计的性质和行为。

海军还利用美国陆军工程兵工程师研究与发展中心寒区研究与工程实验室(CRREL)实验室在汉诺威,该中心拥有世界一流的设施,可在极其寒冷的环境中进行测试和研究,如潜艇在北极水域的作业。

学术机构和商业公司还使用Carderock的设施来支持涉及复杂的计算流体动力学,流动模式和空化的测试。

“我们通过CRADA共同合作,这是相互协议,有利于所有各方,”布朗说。

合作研究与开发协议(CRADAs)是政府研究与开发实验室与非海军合作伙伴之间达成的合作协议,旨在合作开展特定技术领域的研究与开发工作,并分享共同努力带来的技术成果。


(如发布于2018年5月版的海洋技术报告

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