Подобие моделей кораблей

Вид капитана с мостика Port Revel. модели супертанкера

Аварийная остановка модели супертанкера эскортным буксиром

Пилотируемые модели

Многие научные работники, специалисты по гидравлике и инженеры уже более века используют масштабные модели, в частности, при буксировке танков. Пилотируемые модели — это модели небольшого масштаба , которые может переносить и управлять ими хотя бы один человек на открытом водном пространстве. Они должны вести себя как настоящие корабли, доставляя судоводителю те же ощущения. Физические условия, такие как ветер, течения, волны, глубина воды, каналы и причалы, должны воспроизводиться реалистично.

Пилотируемые модели используются для исследований (например, поведение судов), проектирования (например, планировка портов) и для обучения управлению судами (например, морские лоцманы, капитаны и офицеры). Обычно они имеют масштаб 1:25.

Подобие пилотируемых моделей

Во всем мире школы пилотируемых моделей решили применить закон подобия Уильяма Фруда (1810-1879) к своим пилотируемым моделям. Это означает, что гравитация считается преобладающей над другими силами, действующими на корпус (вязкостью, капиллярностью, кавитацией, сжимаемостью и т. д.).

Таким образом, различные аспекты подобия можно определить следующим образом:

Физическое подобие

Подобие формы: Модель имеет точно такую же геометрическую форму, как и настоящий корабль. Это означает, что все размеры длины (L) реального корабля делятся на один и тот же коэффициент — масштабный коэффициент. Дизайнеры Порт-Ревеля выбрали масштаб (S) 1:25, поэтому:

S _(L) =25 (меньше, значит расстояние меньше в 25 раз)

В этом подобии сохранены пропорции (соотношения между различными размерами корабля идентичны). То же самое относится и к коэффициенту блокировки. Кроме того, углы представляют собой соотношение длин, поэтому они также идентичны исходным. Отсюда выводятся масштабные коэффициенты площадей и объемов, т.е.:

С ²_(Л) = 25 ² = 625

С ³_(Л) = 25 ³ = 15 625

Подобие массы (M). Модель, используемая для обучения управлению судном, должна не только напоминать оригинал, но и двигаться так же, как оригинал, при воздействии аналогичных сил. Следовательно, масштабный коэффициент для массы (М) и перемещения тот же, что и для объемов, т.е.:

С _(М) = С ³_(Л) = 25 ³ = 15 625

Подобие сил (F): Если внешние силы в модели подобны, например формы, массы и инерция, движение модели будет подобием. Таким образом, можно показать, что силы (F) должны быть в том же масштабе, что и массы и веса, поэтому:

С _(Ф) = С _(М) = 25 ³ = 15 625

Подобие скорости (V): В соответствии с законом Фруда масштаб скорости равен квадратному корню из масштаба длины, поэтому:

S _(V) = S ^1/2_(L) = sqrt(25) = 5 (в раз медленнее, чем в реальной жизни)

Подобие времени (T): Время — это расстояние (L) относительно скорости (V), поэтому:

С _(Т) = С _(Л) / С _(В) = С ^1/2_(L) = sqrt(25) = 5 (в раз быстрее, чем в реальной жизни)

Подобие мощности (P): Так как мощность P = F x V, следовательно, S _(P) = S _(F) x S _(V) , то:

С _(П) = С ³_(Д) х Ш ^1/2_(Л) = С ^7/2_(Л) = 25 ^7/2 = 78 125

В заключение, выбрав масштаб 1:25 для длин и соблюдая закон Фруда, инженеры Sogreah – Port Revel построили модели в 25 раз меньше, работающие в 5 раз медленнее, но, поскольку расстояния в 25 раз меньше, вещи происходят в 5 раз быстрее. Корабли в 78 125 раз менее мощны.

Подобие маневров

Хотя модели должны иметь правильное сходство, этого недостаточно. На правильное воспроизведение маневров могут влиять и другие факторы, такие как поле зрения, бортовое оборудование и ветер.

Во-первых, маневры на модели требуют тех же команд пилота, что и на реальном корабле. Разница лишь в том, что на модели они выполняются в пять раз быстрее, поэтому обсуждать их нет времени (на самом деле темп работы таков, что капитан и рулевой каждый час меняются ролями, чтобы избежать усталости). Это способствует тому, что ответы становятся интуитивными, но основанными на предварительно оцененном, но гибком плане. То, что является кризисом в первый день пилотируемого модельного курса, становится рутиной к дням 3+, что должно быть хорошим определением обучения.
Позиция капитана дает ему полный обзор с мостика. Он отдает приказы рулевому, который сидит перед ним и управляет штурвалом и двигателем.
На панелях управления отображается обычная информация (обороты двигателя, угол руля направления, курс, лаг, скорость и направление ветра, опущены скобы цепи). Эта информация отображается в реальных значениях, чтобы помочь обучаемому максимально забыть, что он находится на масштабной модели.
Корабли оснащены носовыми и кормовыми подруливающими устройствами и исправными якорями. С этой точки зрения они ведут себя как настоящие корабли.
Буксиры управляются капитаном посредством дистанционного управления, а управляется настоящим капитаном буксира.
Что касается ветра, то следует напомнить, что, поскольку масштабный коэффициент скорости равен 1 к 5, ветер в 10 узлов на озере эквивалентен в реальности шквалу в 50 узлов. Поэтому рябь на поверхности воды и движение листьев на деревьях являются ненадежными индикаторами. Поэтому скорость ветра и судна, отображаемая на панели управления, очень важна для обучающихся. Однако озеро расположено в лесу, в маловетренном регионе, поэтому неконтролируемое воздействие ветра сведено к минимуму.

40-летний опыт показал, что студенты быстро учатся управлять моделями так же, как настоящими кораблями, которыми они привыкли маневрировать.
Учения на пилотируемых моделях способствуют хорошей ситуационной и пространственной осведомленности, отсутствие которой является причиной большинства аварий и инцидентов.

Те, кто обучался обоим методам, утверждают, что масштабные модели дополняют электронные симуляторы. В то время как маневры с течением, волнами, буксирами, якорями, береговыми эффектами и т. д. более точно воспроизводятся на масштабных моделях, численные симуляторы более реалистичны, когда дело касается среды моста.

Ссылки

Хеллер, В. (2011). «Масштабные эффекты в физических гидротехнических моделях» . Журнал гидравлических исследований . 49 (3): 293–306. дои : 10.1080/00221686.2011.578914 . S2CID 121563448 .
Чедвик, А.; Рив, Д.; Флеминг, К. (2004). Береговая инженерия: процессы, теория и практика проектирования . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-415-26840-0 .
- «8.3 Теория физических моделей» . стр. 300–3.
- «8.4 Коротковолновые гидродинамические модели» . п. 303.
- «8.5 Длинноволновые гидродинамические модели» . п. 305.
- «8.6 Модели переноса прибрежных наносов» . стр. 305–311.
Хьюз, Ю.А. (1993). Физические модели и лабораторные методы в прибрежной инженерии . Всемирная научная. ISBN 978-981-02-1541-5 .
Мартинс, Руи, изд. (2012) [1988]. Последние достижения в области гидравлического физического моделирования . НАТО ASI Series E: Прикладные науки. Том. 165. Спрингер. ISBN 978-94-009-2344-7 .
Далримпл, Роберт А., изд. (2018) [1981]. Физическое моделирование в прибрежной инженерии: материалы международной конференции, Ньюарк, Делавэр, август 1981 г. ЦРК Пресс. ISBN 978-1-351-42464-6 .
«3. Модельное проектирование» . Гидравлические лабораторные методы — руководство по применению инженерных знаний в гидравлических исследованиях, основанное на 50-летнем опыте исследований и испытаний . Техническая публикация по водным ресурсам. Министерство внутренних дел США, Служба водных и энергетических ресурсов. 1980. стр. 37–56. OCLC 6984558 . 81-2613 – через HathiTrust.
Мелби, Дж. (2005). «7.7 Составно-бермовый волнорез насыпной насыпи» . Материалы Международной конференции по береговым линиям, сооружениям и волноломам, 2005 г. Томас Телфорд. стр. 520–530, см. стр. 520–530. 523. ИСБН 0-7277-3455-5 .
ван дер Мейлен, Баренд (1998). «1. Координация конструкции корабельного гребного винта: технические модели и отношения TY Draco с королевой Елизаветой II : §2 Техническая модель» . Собираем новые технологии вместе: исследования по созданию социотехнического порядка . Вальтер де Грюйтер. п. 22. ISBN 978-3-11-015630-0 .

Внешние ссылки

Порта Ревеля Сайт
АФКАН Веб-сайт
Marine-Marchande.net Сайт