Lavabo modelo de barco - Ship model basin

Modelo de Emma Mærsk sometido a pruebas en una cuenca de maquetas de barcos

Un canal de ensayos hidrodinámicos es un físico cuenca o tanque utilizado para llevar a cabo hidrodinámicas pruebas con modelos de barcos , con el propósito de diseñar un nuevo barco (tamaño completo), o refinar el diseño de un barco para mejorar el rendimiento del barco en el mar. También puede referirse a la organización (a menudo una empresa) que posee y opera dicha instalación.

Una empresa de cuencas de modelos de barcos es una empresa de ingeniería que actúa como contratista de los astilleros pertinentes y proporciona pruebas de modelos hidrodinámicos y cálculos numéricos para respaldar el diseño y desarrollo de barcos y estructuras en alta mar.

Historia

Cascos modelo de 12 pies utilizados por William Froude en las pruebas de estabilidad con modelos a escala, en exhibición en el Museo de Ciencias
Cuenca modelo experimental de EE. UU., Circa 1900

El eminente ingeniero inglés William Froude publicó una serie de artículos influyentes sobre diseños de barcos para maximizar la estabilidad en la década de 1860. La Institución de Arquitectos Navales finalmente le encargó que identificara la forma de casco más eficiente. Él validó sus modelos teóricos con extensas pruebas empíricas, utilizando modelos a escala para las diferentes dimensiones del casco. Estableció una fórmula (ahora conocida como el número de Froude ) mediante la cual los resultados de las pruebas a pequeña escala podrían usarse para predecir el comportamiento de los cascos de tamaño completo. Construyó una secuencia de modelos a escala de 3, 6 y (que se muestran en la imagen) de 12 pies y los usó en pruebas de remolque para establecer la resistencia y las leyes de escala. Sus experimentos fueron posteriormente reivindicados en pruebas a gran escala realizadas por el Almirantazgo y como resultado se construyó la primera cuenca modelo de barco, a expensas públicas, en su casa en Torquay . Aquí pudo combinar la experiencia matemática con la experimentación práctica con tan buenos resultados que sus métodos todavía se siguen en la actualidad.

El Denny Tank, el primer tanque de prueba comercial del mundo.
El Denny Tank , el primer tanque de prueba comercial del mundo.

Inspirada por el exitoso trabajo de Froude, la empresa de construcción naval William Denny and Brothers completó el primer ejemplo comercial del mundo de una cuenca modelo de barco en 1883. La instalación se utilizó para probar modelos de una variedad de embarcaciones y exploró varios métodos de propulsión, incluidas hélices, paletas y paletas. ruedas Se llevaron a cabo experimentos en modelos de los estabilizadores Denny-Brown y el aerodeslizador Denny para evaluar su viabilidad. El personal del tanque también llevó a cabo investigaciones y experimentos para otras empresas: Harland & Wolff, con sede en Belfast, decidió colocar un arco bulboso en el revestimiento Canberra después de las exitosas pruebas de modelos en el tanque Denny.

Instalaciones de prueba

Las instalaciones de prueba hidrodinámicas presentes en un sitio de cuenca modelo incluyen al menos un tanque de remolque y un túnel de cavitación y talleres. Algunas cuencas de modelos de barcos tienen instalaciones adicionales, como una cuenca de maniobras y mantenimiento del mar y un tanque de hielo .

Tanque de remolque

El tanque de remolque oceánico, con instalaciones para remolcar y hacer olas, en el University College de Londres
Un modelo que se está probando en el tanque de remolque de la Universidad de Newcastle.
Túnel de cavitación del Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau en Berlín
Hélice de cavitación en un experimento de túnel de agua en la cuenca modelo David Taylor

Un tanque de remolque es una cuenca de varios metros de ancho y cientos de metros de largo, equipada con un carro de remolque que corre sobre dos rieles a cada lado. El carro de remolque puede remolcar el modelo o seguir el modelo autopropulsado, y está equipado con computadoras y dispositivos para registrar o controlar, respectivamente, variables como la velocidad, el empuje y el par de la hélice, el ángulo del timón, etc. El tanque de remolque sirve como resistencia. y pruebas de propulsión con modelos de barcos remolcados y autopropulsados ​​para determinar cuánta potencia tendrá que proporcionar el motor para alcanzar la velocidad establecida en el contrato entre el astillero y el propietario del barco. El tanque de remolque también sirve para determinar el comportamiento de maniobra en escala de modelo. Para ello, el modelo autopropulsado se expone a una serie de maniobras en zig-zag a diferentes amplitudes de ángulo de timón. El posprocesamiento de los datos de prueba mediante la identificación del sistema da como resultado un modelo numérico para simular cualquier otra maniobra como la prueba de espiral de Dieudonné o los círculos de giro. Además, un tanque de remolque puede equiparse con un PMM ( mecanismo de movimiento plano ) o un CPMC (carro de movimiento plano computarizado) para medir las fuerzas y momentos hidrodinámicos en barcos u objetos sumergidos bajo la influencia de flujos oblicuos y movimientos forzados. El tanque de remolque también puede equiparse con un generador de olas para realizar pruebas de comportamiento en el mar, ya sea simulando olas naturales (irregulares) o exponiendo el modelo a un paquete de olas que arroja un conjunto de estadísticas conocidas como operadores de amplitud de respuesta (acrónimo RAO ), que determinan el probable comportamiento de navegación del barco en la vida real cuando opera en mares con diferentes amplitudes y frecuencias de las olas (estos parámetros se conocen como estados del mar ). Las modernas instalaciones de prueba de mantenimiento del mar pueden determinar estas estadísticas RAO, con la ayuda de hardware y software informáticos adecuados, en una sola prueba.

Túnel de cavitación

Se utiliza un túnel de cavitación para investigar las hélices . Se trata de un circuito de agua vertical con tuberías de gran diámetro. En la parte superior, lleva las instalaciones de medición. Se establece una afluencia paralela. Con o sin un modelo de barco, la hélice, unida a un dinamómetro , se lleva a la entrada y su empuje y par se miden en diferentes relaciones de velocidad de la hélice (número de revoluciones) a la velocidad de entrada. Un estroboscopio sincronizado con la velocidad de la hélice sirve para visualizar la cavitación como si la burbuja de cavitación no se moviera. Con esto, se puede observar si la hélice se dañaría por cavitación. Para garantizar la similitud con la hélice a gran escala, se reduce la presión y se controla el contenido de gas del agua.

Talleres de trabajo

Los lavabos de modelos de barcos fabrican sus modelos de barcos a partir de madera o parafina con una fresadora computarizada . Algunos de ellos también fabrican sus hélices modelo. Equipar los modelos de barcos con todos los accionamientos y calibres y equipos de fabricación para pruebas de modelos no estándar son las principales tareas de los talleres.

Cuenca de maniobras y mantenimiento del mar

Esta es una instalación de prueba que es lo suficientemente amplia para investigar ángulos arbitrarios entre las olas y el modelo de barco, y para realizar maniobras como círculos de giro, para los cuales el tanque de remolque es demasiado estrecho. Sin embargo, algunas maniobras importantes como la prueba en espiral aún requieren aún más espacio y aún deben simularse numéricamente después de la identificación del sistema.

Tanque de hielo

Artículo principal: tanque de hielo

Un tanque de hielo se utiliza para desarrollar embarcaciones rompehielos , este tanque cumple propósitos similares a los del tanque de remolque para embarcaciones de aguas abiertas. La resistencia y la potencia requerida del motor, así como el comportamiento de maniobra, se determinan en función del espesor del hielo. También se pueden determinar las fuerzas del hielo en las estructuras marinas. Las capas de hielo se congelan con un procedimiento especial para reducir los cristales de hielo a la escala del modelo.

Software

Además, estas empresas o autoridades tienen software CFD y experiencia para simular numéricamente el complicado flujo alrededor de los barcos y sus timones y hélices. El estado de la técnica actual aún no permite que el software reemplace las pruebas de modelos en su totalidad por cálculos CFD. Una razón, pero no la única, es que la elementoización sigue siendo cara. También el diseño de las líneas de algunas de las naves lo llevan a cabo los especialistas de la cuenca del modelo de naves, ya sea desde el inicio o optimizando el diseño inicial obtenido del astillero. Lo mismo se aplica al diseño de hélices.

Ejemplos de

Las cuencas de modelos de barcos en todo el mundo se organizan en la ITTC ( Conferencia Internacional de Tanques de Remolque ) para estandarizar sus procedimientos de prueba de modelos.

Algunas de las cuencas de modelos de barcos más importantes son:

Referencias

enlaces externos