海軍は大規模施設の規模モデルをテストする

William B Morgan Large Cavitation Channel（LCC）は、1991年以来メンフィスで米海軍によって運営されてきた大型の可変圧力閉ループ型水トンネルです。この施設は、多種多様な流体力学および水中音響試験に適しています。その全体的なサイズと能力により、試験モデルのレイノルズ数は、大規模な大気または水中輸送システムのものに近づく、または達成することさえ可能になる。 （写真：米海軍）

AquaHarmonicsの波動力式シングルポイント・ジェネレータは、メデイアのカルダックの操作と漂流流域での革新ショーケースで実演されました（米国海軍写真by Heath Zeigler）

Jessica McElmanは、メリーランド州ウェストベテスダの磁場研究所（Nucleus Nicholas Malay）にあるモデルトラックの磁場センサーを調整します。

モデルの砕氷船はニューファンドランドのセントジョンズにあるカナダの国立研究評議会での試験中にその操縦性を実証しています。このテストでは、米国沿岸警備隊の砕氷船買収プログラムの設計モデルのテストと評価の進展が示されました。これはCarderock Divisionの海軍表面戦闘センターのエンジニアを含む国際的な多面的チームによってサポートされています。 （米海軍の写真、スティーブン・ウイメット）

高速スレッドに取り付けられた船体モデルは、ONRが支援する調査中に、海軍表面戦争センター（Carderock）のDavid Taylor Model Basinで波を通って動きます。 （米海軍写真、ジョン・F・ウィリアムス）

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Carderock Division海軍表面戦闘センター内

メリーランド州ウェストベテスダのカルダック部門である海軍表面戦闘センターは、実験、試験、評価、検証のための世界クラスの施設を含む、水面下および水中流体力学の専門知識、研究および設計の世界的な中心地の1つです。

「私たちは、船の設計のスケールモデルを構築し、構造物の流体力学的負荷を測定したり、海洋性の能力を評価するために、これらの船体の形状をテストすることができます」とCarderockの海軍建築技術部門の責任者であるMike Brownは述べています。これは、プラットフォームのパフォーマンスを評価し、予測するのに役立ちます。

ポトマック川に沿ったカーデックのキャンパスには、表面船、潜水艦、無人車両のモデルをテストするための牽引タンクのほか、あらゆる種類の波と波のパターンを生成することができる240 x 360フィートの波動操縦（MASK）盆地があります。制御可能で再現性のある環境で、自然に発生しない波だけでなく、世界中のどこでも発生します。

潜水艦の詳細な電波制御自走尺度モデルを使用して、付属装置および異なる舵角に対する制御力を正確に測定することができます。 「フルスケールの潜水艦でフライバイワイヤルアルゴリズムを書くのに十分な精度で船の性能を評価することができる」とブラウン氏は語る。

センターの回転アーム盆地は、推進装置の評価のために中心回りに回動し、捕捉モデルの安定性と制御実験が行われる。このセンターでは、メリーランド州の貯水池にアクセスすることができ、そこでは船舶と潜水艦のスケーリングされたモデルがテストされます。

しかし、Carderockの最も印象的な機能のいくつかは、アラスカからバハマまで、テネシーからアイダホまで、遠くに存在します。

バージニア州リトル・クリークにあるCarderockのCombat Craft部門は、設計、建設、買収および維持を含むいくつかの小さなクラフト・プロジェクトを管理しています。

アラスカ州ケチカン近くのバハマと南東アラスカ音響測定施設（SEAFAC）の海洋音響測定施設（STAFAC）の南側舌は、高忠実度パッシブ音響特性測定を行う水中アレイを特徴としています。

CarderockのAcoustic Research Detachment（ARD）はアイダホの海から遠く離れています。深くて静かなLake Pend Oreilleのおかげで、海軍は大型モデル潜水艦を使った音響試験のための優れた制御環境を持っています。 ARDは、シーウォルフ級の潜水艦のスケールモデルである、長さ90フィートのKokanee（LSV-1）、110フィートの高さの自転車など、自走大型車両（LSV）を維持しています。ボートができるだけ静かであるように設計変更や新技術の評価を行うバージニア級のボートのCutthroat（LSV-2）モデル。

テキサス州メンフィスにあるミシシッピ川のほとりに位置するウィリアム・B・モーガン大型キャビテーション・チャネル（LCC）は、風洞のようなものですが、150万ガロンの新鮮な水で満たされています。風洞が様々な形状の空気力学的特性を理解するのと同様に、LCCは、表面船、潜水艦、またはフルサイズの魚雷や水中の車両のスケールモデルのような形状をテストし、流体力学的性能の極わずかな摂動を測定する膨大な量のデータを収集できます。

「LCCでは、試験区域でモデルが保持され、その周りの水の流れを制御します」とLCC Operations ManagerのDave Fosterは述べています。流れは14,000馬力の電気モーターによって作り出される。 「直径18フィートのLCCプロペラを駆動する大型モーターのRPMを変化させることで、テストセクションを通る水の流れの速度をテストパラメータに合わせて正確に制御することができます」とFoster氏は述べています。

試験対象物は、10x1043ftの長さのチャンバ内に懸架される。チャンバを排出して開放して試験物体にアクセスすることができ、これを差異の形状および構成を試験するように変更することができる。 「3D印刷でさまざまなコントロールサーフェスを作成できます。

現在、LCCは、オハイオ級の潜水艦の代替物であるコロンビア級の弾道ミサイル潜水艦の推進装置の性能を特徴付けるために使用されています。 「私たちは、非定常な力からキャビテーションまでのすべてを測定するために、潜水艦と推進機全体のスケールモデルを構築しました。これはCarderockがこれまでに構築した最も洗練されたモデルです」とBrown氏は述べています。 「テスト条件を変えて、性能のごくわずかな変動を測定することができます。

海洋とは異なり、LCCの大きな利点は、チームがLCCの流れと圧力を変更し、制御面やモデル角度などのモデルパラメータを変更できることです。 「1日のうちに大量のデータを収集できる正確な条件下で数時間の試験条件を維持することができます」とFoster氏は述べています。

"我々は最近、本格的な鉱山曳航システムの試験を実施した。 LCCは、実際のデータを海洋に運ぶことなく入手できる唯一の施設でした」とBrown氏は述べています。

「海とは異なり、LCCテストセクションには、テスト中にテストオブジェクトを観測して記録できるウィンドウがあります」とFoster氏は付け加えました。

このテストは、Carderockのコンピュータモデリング機能を検証し改善するために、多くの反復で実行できます。

LCCに来る前に、かなりの量のテストが行​​われます。 「計算流体力学のコンピュータモデリングを行い、その後、牽引タンクでテストする物理モデルを構築することができます。その後、LCCでそのモデル、またはより大きなモデルをテストできます。最終的に、私たちの署名部門はアイダホ州のARDで音響試験を行うことができます。

Carderock施設のテストモデルから得られたデータを使用して、コンピュータモデルを改善してより良い予測を提供し、これらのコンピュータモデルを使用してさまざまなデザインのプロパティと動作を完全に特徴付けるために何百万ものバリエーションを実行できます。

また海軍は、ニューハンプシャー州ハノーバーにある米軍陸軍工兵隊研究開発センター寒冷地域研究開発研究所（CRREL）の研究所を利用しており、潜水艦北極海での操業

学術機関および商用企業は、複雑な計算流体力学、流れパターンおよびキャビテーションを含む試験をサポートするために、Carderockの施設も利用する。

ブラッド氏は、「CRADAを通じて協力し合い、相互協定はすべての当事者に利益をもたらす」と述べた。

協力研究開発協定（CRADA）は、政府の研究開発拠点と非海軍パートナーとの間の法的合意であり、特定の技術分野における研究開発を共同で行い、共同努力による技術成果を共有する。


（ Marine Technology Reporterの 2018年5月版に掲載されているように）