揭秘美海軍室內(nèi)海洋測(cè)試設(shè)施
■臨 河
據(jù)美國(guó)媒體最新披露,在美國(guó)馬里蘭州的卡德羅克海軍水面作戰(zhàn)研究中心,有一個(gè)名為“大衛(wèi)·泰勒模型盆地”的室內(nèi)海洋池。它號(hào)稱(chēng)是世界上設(shè)備最全的室內(nèi)海洋測(cè)試設(shè)施,被美國(guó)海軍稱(chēng)為“艦隊(duì)出發(fā)的地方”。最初,美海軍在此使用艦艇縮比模型來(lái)進(jìn)行測(cè)試,以改進(jìn)艦艇工程設(shè)計(jì)。如今,美海軍所有新型艦艇在由圖紙走向造船廠的過(guò)程中,都必須在該室內(nèi)海洋池內(nèi)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試。
報(bào)道稱(chēng),在計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)誕生前,艦艇設(shè)計(jì)需要通過(guò)紙面計(jì)算來(lái)反復(fù)驗(yàn)證。1898年,美海軍工程師大衛(wèi)·泰勒在華盛頓海軍造船廠建造了一個(gè)長(zhǎng)143.3米、寬12.8米、深4.3米的實(shí)驗(yàn)?zāi)P退?,用于模擬海洋環(huán)境,對(duì)新艦艇的縮比模型進(jìn)行測(cè)試。
該實(shí)驗(yàn)?zāi)P退卦?jiàn)證第一次世界大戰(zhàn)前美海軍戰(zhàn)列艦的改進(jìn)。1912年,英國(guó)“泰坦尼克”號(hào)郵輪在大西洋沉沒(méi)后,泰勒奉命研究如何設(shè)計(jì)出適于航行的船體結(jié)構(gòu)等問(wèn)題,實(shí)驗(yàn)?zāi)P退靥羝鹆诉@一重任。第二次世界大戰(zhàn)期間,美國(guó)為設(shè)計(jì)中途島級(jí)航空母艦,用很短時(shí)間在實(shí)驗(yàn)?zāi)P退赝瓿?0余項(xiàng)獨(dú)立測(cè)試,并確定了相關(guān)設(shè)計(jì)方案。
1939年,為進(jìn)行更復(fù)雜的艦艇測(cè)試,美海軍開(kāi)始在馬里蘭州的卡德羅克建設(shè)現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)?zāi)P退亍?940年7月28日,泰勒去世。此后不久,新的實(shí)驗(yàn)?zāi)P退亟ㄔ焱瓿?,美海軍將其命名為“大衛(wèi)·泰勒模型盆地”。1987年,經(jīng)過(guò)多年發(fā)展和擴(kuò)建,美海軍正式成立卡德羅克海軍水面作戰(zhàn)研究中心。
“大衛(wèi)·泰勒模型盆地”是一套完整的模擬海洋環(huán)境測(cè)試設(shè)備,主要包含3個(gè)拖曳水池(盆地),分別是深水池、淺水池和高速水池。其中,深水池長(zhǎng)845.8米,寬15.5米,深6.7米,配備模擬巨浪的造波設(shè)施,用于測(cè)試艦艇性能。水池上方的拖車(chē)可拖動(dòng)長(zhǎng)9.8米、重5噸的艦艇模型,以20節(jié)的速度行駛。淺水池位于深水池的另一端,兩個(gè)水池可根據(jù)需要進(jìn)行連接。淺水池長(zhǎng)92.4米,深3.1米,其末端是一個(gè)用于測(cè)試轉(zhuǎn)彎性能的“J”形結(jié)構(gòu)。高速水池與前兩個(gè)水池平行,全長(zhǎng)904.6米,只有6.4米寬,水深從3米到4.9米不等,其拖車(chē)可以牽引模型以高達(dá)60節(jié)的速度行駛,主要用于測(cè)試高速艇、水翼艇和水上飛機(jī)。
支持上述3個(gè)拖曳水池工作的是機(jī)動(dòng)和耐波池,其長(zhǎng)109.7米,寬73.2米,深6.1米,可容納1200萬(wàn)加侖海水,四周使用216個(gè)單獨(dú)控制的機(jī)電波板來(lái)模擬任意海浪實(shí)況。這些機(jī)電波板高約1.8米,寬0.9米,由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。它們可沿池邊從不同角度激起波浪,模仿長(zhǎng)短不規(guī)則的波,并按需向任意方向傳播,能夠覆蓋整個(gè)水池,或在特定區(qū)域造波,還能制造漩渦。
卡德羅克海軍水面作戰(zhàn)研究中心技術(shù)副總監(jiān)史蒂夫表示:“在室內(nèi)模擬不同的海洋環(huán)境對(duì)艦艇縮比模型進(jìn)行測(cè)試,可以幫助設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出更實(shí)用的產(chǎn)品?!背媾炌?,美海軍潛艇,以及掃雷器、水雷、魚(yú)雷和深水炸彈等武器裝備也在這里進(jìn)行測(cè)試。
由于計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試精度不夠,“大衛(wèi)·泰勒模型盆地”至今仍然扮演著重要的角色。其中一個(gè)典型例子是測(cè)試朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦。
2000年,美海軍開(kāi)始推進(jìn)朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦項(xiàng)目落地。其采用特殊的干舷內(nèi)傾設(shè)計(jì),尤其是艦艏向后傾斜,令人懷疑它在大海中航行的可靠性。一些德國(guó)工程師認(rèn)為,該級(jí)驅(qū)逐艦極易在8級(jí)海況下傾覆。于是,朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦縮比模型先被送到美陸軍阿伯丁測(cè)試中心進(jìn)行船模試驗(yàn),再到“大衛(wèi)·泰勒模型盆地”進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過(guò)多輪測(cè)試,最終證實(shí)其設(shè)計(jì)的可行性。2016年10月,首艘“朱姆沃爾特”號(hào)驅(qū)逐艦正式服役,但“大衛(wèi)·泰勒模型盆地”的相關(guān)測(cè)試仍在繼續(xù)。直到2021年,該艦縮比模型已在此完成惡劣海況下的多次測(cè)試。
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