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El océano interior de la marina, la máscara, los barcos de prueba y otra tecnología oceánica


  • La cuenca de maniobra y retención en alta mar de la Armada, o MASK, es una de las instalaciones de pruebas en el océano interior más grandes del mundo.
  • Los barcos, submarinos y otras embarcaciones marítimas se prueban aquí desde su concepción hasta su finalización.
  • La enorme piscina de olas puede imitar casi cualquier condición real del océano.

El buque de guerra más nuevo de la Marina de los Estados Unidos, el USS Zumwalt, supondrá un salto adelante en la última tecnología de defensa marítima. Contará con un sistema de propulsión eléctrica, una afilada proa «perforadora de olas» y un diseño sigiloso, así como armamento avanzado, de acuerdo a Todas las manos, la revista de la Armada. Pero antes de que este barco golpee las olas, su seguridad y capacidades en el mar deben probarse en las enormes instalaciones oceánicas interiores de la Armada.

Uno de los primeros pasos en la construcción de cualquier buque de guerra nuevo es comprobar a fondo sus puntos fuertes y débiles en las aguas de prueba de la marina, o MASK. Con más de 12 millones de galones, la piscina de 240 pies de ancho y 360 pies de largo prueba la navegabilidad de embarcaciones militares y no militares. Estos incluyen barcos, submarinos y vehículos autónomos que se utilizan para investigar las condiciones del océano.

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MASK puede imitar prácticamente cualquier condición del mar en los océanos del mundo. «Podemos probar modelos a pequeña escala de barcos de la Marina en todos los entornos que encontrará como un barco a gran escala», dijo Steve Ouimette, director técnico adjunto del Centro de Guerra de Superficie Naval en Carderock, Maryland, donde se aloja MASK. relata Mecánica popular. “Podemos entender totalmente lo que va a hacer este gran barco. Y esta instalación nos permite hacer eso.

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La piscina en sí tiene 20 pies de profundidad con agua azul oscuro, con una zanja que recorre toda su longitud de 35 pies de profundidad. A lo largo de los costados, un tren de remos largos y delgados sobresale por encima de la superficie del agua y, a veces, se mueve como una serpiente. Pueden crear casi cualquier tipo de ola que un barco pueda encontrar en el océano y lanzar modelos de barcos que varían en tamaño de 10 a 30 pies de largo. Los motores eléctricos y una correa de distribución impulsan el movimiento de las paletas de la máquina de olas cuando entran y salen de la pared de la piscina.

En 2013, la instalación reemplazó sus 21 domos neumáticos relativamente voluminosos, que eran más lentos y menos receptivos, con 216 paletas controladas individualmente integradas en la piscina. Aproximadamente seis pies de alto y tres pies de ancho, las paletas largas y delgadas pueden crear olas en diferentes ángulos a lo largo de la piscina e imitar olas largas y cortas irregulares. Las ondas se pueden propagar en cualquier dirección que se desee. Los oleajes pueden cubrir la cuenca, o pueden estar localizados en una sola sección. Los remos pueden incluso recrear remolinos, que pueden ocurrir en el mar cuando las mareas rápidas entran en estrechos estrechos. Y un área de «playa» poco profunda puede probar las condiciones que ocurren cuando las olas rebotan en las costas.

barcos de prueba de máscara de la marina del océano interior

La competencia Wave Energy Prize en su fase final de prueba en el Naval Surface Warfare Center, Carderock Division, organizada por el Departamento de Energía de EE. UU. en 2016.

Mónica McCoy/Dominio público

Quizás la parte más poderosa del sistema actualizado es su control computarizado preciso. Los probadores pueden diseñar una condición marina particular y programar la computadora para crearla. Los operadores pueden acceder a un modelo 3D virtual de los tipos de olas que deseen, incluso antes de implementar un programa específico de creación de olas.

La repetibilidad es la clave para una prueba precisa, explica Miguel Quintero, que opera la instalación. Él y sus equipos diseñan experimentos y construyen modelos e instrumentos para realizar pruebas. Debido a que el sistema permite ejecutar la misma prueba varias veces en las mismas condiciones, los evaluadores pueden recopilar más datos y tener confianza en los resultados.

La cuestión es que, cuando esas olas finalmente se mueven, el agua que rebota crea una presión hidrostática en las paletas que forman las olas. Los sensores detectan este reflujo y un algoritmo informático determina cuánta energía necesitan las tarimas. Luego, las paletas pueden continuar moviéndose a la velocidad y frecuencia correctas para generar con precisión un tipo particular de ola.

La piscina de olas incluye dos transductores de fuerza que rastrean lo que sucede en el tanque en todo momento mientras se crea una ola. Esta retroalimentación a la computadora significa que el sistema puede controlar con precisión las ondas y detenerlas exactamente cuando se desee. «Hay un controlador que dice, ‘estamos haciendo esta ola y va a viajar tan rápido’, y esta paleta sabe qué forma esperar, cuándo. Así que empujará un poco o retrocederá un poco para ayudar mantenerse en forma”, dice Quintero. Mecánica popular.

Las olas pueden tener hasta tres pies de altura para una sola ola grande, o hasta un pie de altura para una piscina llena de olas. Pero las mareas de una piscina de olas no escalan en proporción perfecta con las olas reales del océano. “Estos dos procesos son iguales, pero a diferentes escalas reaccionan de manera diferente”, dice Quintero. La longitud se puede aumentar o disminuir directamente, por lo que en una escala hipotética de 10:1, una ola de 40 pies en el océano sería equivalente a, digamos, una ola de cuatro pies en un entorno artificial.

Sin embargo, los evaluadores están más preocupados por otros dos componentes de la onda: la amplitud (altura de la onda) y la frecuencia (con qué frecuencia llega una nueva onda en un período de tiempo fijo). Si una prueba requiere observar los efectos de olas oceánicas reales de tres pies de altura que se encuentran con un barco cada 10 segundos, no pueden simplemente dividir esos números para obtener una proporción simple. La periodicidad de la ola, por ejemplo, la frecuencia con la que golpea la proa del barco, requiere un cálculo de raíz cuadrada para el período. «Entonces, la onda real, más pequeña, será un poco diferente del tamaño real, porque la amplitud y el período no tienen la misma escala», dice Quintero.

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Desafía el coraje de un barco

La prueba del diseño de un barco comienza mucho antes de que se construya un nuevo tipo de barco o una modificación del mismo. Una vez que los constructores de barcos tienen un nuevo requisito, por ejemplo, la capacidad de ir a cierta velocidad o transportar una mayor cantidad de carga, la prueba MASK caracteriza esas características en miniatura y las enfrenta a todas las condiciones del mar que puede encontrar el barco. Las pruebas observarán de cerca el desempeño de varias partes del barco en condiciones de calma y adversas, incluidas la hélice, la artillería y otras partes del barco que experimentan resistencia al agua o al arrastre, particularmente en condiciones agitadas. Los probadores pueden volver a los constructores navales y decirles qué esperar, en función de su desempeño en MASK.

«Nuestro trabajo es reducir el riesgo, asegurarnos de que si gastamos tanto dinero en construir un barco, hará lo que queramos que haga. Estos entornos… para ayudar a los diseñadores a concentrarse en el diseño real que será el producto final, ”, dice Ouimette.

La siguiente fase es construir el modelo de tamaño natural. MASK coloca los instrumentos en la versión a gran escala para recopilar datos y luego los compara con el modelo anterior más pequeño. Además, ayuda a predecir qué características de diseño se pueden conservar de forma segura y cuáles se deben cambiar o eliminar. En última instancia, los constructores pueden seguir adelante con la modificación o la embarcación completamente nueva con la certeza de que la seguridad y el rendimiento no se verán afectados, dice Ouimette. «Es bueno saber que el trabajo que estamos haciendo ayudará a las personas en la flota».

No puede simplemente ingresar al establecimiento para una visita informal para ver modelos de barcos meciéndose de un lado a otro. Pero puedes ver las paletas en acción y hacerte una idea de la colosal escalera de la piscina en la página de YouTube de MASK.

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