Una cuenca de modelo de barco es una cuenca o tanque que se utiliza para realizar pruebas hidrodinámicas con modelos de barcos , con el fin de diseñar un barco nuevo (de 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) propietaria y operadora de dicha instalación.
Una empresa de ingeniería 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 marinas.
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. Finalmente, la Institución de Arquitectos Navales le encargó que identificara la forma de casco más eficiente. Validó sus modelos teóricos con extensas pruebas empíricas, utilizando modelos a escala para las diferentes dimensiones del casco. Estableció una fórmula (ahora conocida como número de Froude ) mediante la cual los resultados de pruebas a pequeña escala podían usarse para predecir el comportamiento de cascos de tamaño real. Construyó una secuencia de modelos a escala de 3, 6 y (como se muestra en la imagen) de 12 pies y los usó en pruebas de remolque para establecer leyes de resistencia y escala. Sus experimentos fueron posteriormente reivindicados en pruebas a gran escala realizadas por el Almirantazgo y como resultado se construyó el primer modelo de barco, con fondos públicos, en su casa en Torquay . Aquí pudo combinar conocimientos matemáticos con experimentación práctica con tan buenos resultados que sus métodos todavía se siguen en la actualidad. [1]
.jpg/1280px-Denny_Tank_(24505547053).jpg)
Inspirándose en el exitoso trabajo de Froude, la empresa de construcción naval William Denny and Brothers completó el primer ejemplo comercial del mundo de un 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 veletas. ruedas. Se llevaron a cabo experimentos con modelos de estabilizadores Denny-Brown y aerodeslizadores 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 instalar un arco bulboso en el transatlántico Canberra después de probar con éxito el modelo en el Denny Tank. [2]
Las instalaciones de pruebas hidrodinámicas presentes en un sitio de cuenca modelo incluyen al menos un tanque de remolque y un túnel de cavitación y talleres. Algunos dársenas de modelos de barcos cuentan con instalaciones adicionales, como una dársena de maniobra y de navegación y un depósito de hielo .
Un tanque de remolque es un depósito de varios metros de ancho y cientos de metros de largo, equipado con un carro de remolque que se desplaza sobre dos carriles a cada lado. El carro de remolque puede remolcar el modelo o seguir el modelo autopropulsado, y está equipado con ordenadores y dispositivos para registrar o controlar, respectivamente, variables como velocidad, empuje y par de la hélice, ángulo del timón, etc. El tanque de remolque sirve de 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 armador. El tanque de remolque también sirve para determinar el comportamiento de maniobra en escala modelo. Para ello, el modelo autopropulsado se somete a una serie de maniobras en zig-zag con diferentes amplitudes del ángulo del timón. El posprocesamiento de los datos de la prueba mediante la identificación del sistema da como resultado un modelo numérico para simular cualquier otra maniobra como la prueba de la espiral 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 de entrada 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 comportamiento probable del barco en la vida real cuando opera en mares con diferentes amplitudes y frecuencias de olas (estos parámetros se conocen como estados del mar ). Las instalaciones modernas de prueba de comportamiento en el mar pueden determinar estas estadísticas RAO, con la ayuda de hardware y software apropiados, en una sola prueba.
Para investigar las hélices se utiliza un túnel de cavitación . Se trata de un circuito de agua vertical con tuberías de gran diámetro. En la parte superior lleva los dispositivos de medición. Se establece una entrada paralela. Con o sin modelo de barco, la hélice, unida a un dinamómetro , se introduce en el flujo de entrada y su empuje y par se miden en diferentes relaciones entre la velocidad de la hélice (número de revoluciones) y la velocidad del flujo 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. De esta manera se puede observar si la hélice resultaría dañada 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.
Los lavabos para maquetas de barcos fabrican sus modelos de barcos en madera o parafina con una fresadora computarizada . Algunos de ellos también fabrican sus modelos de hélices. Las tareas principales de los talleres son equipar los modelos de barcos con todos los accionamientos y medidores y fabricar equipos para pruebas de modelos no estándar.
Se trata de una instalación de pruebas lo suficientemente amplia como para investigar ángulos arbitrarios entre las olas y el modelo del barco, y para realizar maniobras como círculos de giro, para las cuales el tanque de remolque es demasiado estrecho. Sin embargo, algunas maniobras importantes, como la prueba de la espiral, todavía requieren aún más espacio y aún deben simularse numéricamente después de la identificación del sistema.
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 estructuras marinas. Las capas de hielo se congelan con un procedimiento especial para reducir los cristales de hielo a escala de modelo.
Además, estas empresas o autoridades cuentan con software CFD y experiencia para simular numéricamente el complicado flujo alrededor de los barcos y sus timones y hélices. El estado actual de la técnica todavía no permite que el software sustituya completamente las pruebas de modelos por cálculos CFD. Una razón, pero no la única, es que la elementización sigue siendo cara. También el diseño de líneas de algunos de los barcos lo realizan los especialistas de la cuenca del modelismo, ya sea desde el principio o optimizando el diseño inicial obtenido del astillero. Lo mismo se aplica al diseño de hélices.
Los estanques de modelos de barcos de todo el mundo están organizados en la ITTC [3] (International Towing Tank Conference) para estandarizar sus procedimientos de prueba de modelos.
Algunos de los dársenas de modelos de barcos más importantes son: