船舶阻力預(yù)測的案例
基于STAR-CCM+的船舶阻力預(yù)測
主要包括：可視化自由水面的傳播、可視化波型、阻力數(shù)據(jù)監(jiān)視和繪圖以及縱傾和升沉數(shù)據(jù)監(jiān)視和繪圖。
三、結(jié)果分析
在模擬運(yùn)行之前，創(chuàng)建每個(gè)場景來關(guān)注求解的進(jìn)展。如圖所示，在對(duì)稱平面上顯示了模擬結(jié)束時(shí)圍繞船體的自由水面細(xì)節(jié)圖：
如圖所示，顯示了模擬結(jié)束時(shí)圍繞船體的波型：
如圖所示是隨時(shí)間變化的剪切和壓差阻力繪圖：
如圖所示是隨時(shí)間變化的總阻力繪圖：
如圖所示是作用在船身上Z方向的力：
如圖所示是作用在船身上圍繞Y軸的力矩：
總結(jié)
通過數(shù)值模擬計(jì)算，我們得到了在某一特定的航速下改船型的船舶阻力情況，仿真模擬結(jié)果與船舶試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出相同的趨勢，且誤差在可接受的范圍內(nèi)。該試驗(yàn)結(jié)果表明，基于Star-CCM+的船舶阻力預(yù)測比較可靠，能夠?yàn)?em>船舶設(shè)計(jì)與改型提供高效有力的參考。除此之外，將仿真結(jié)果以cgns的文件形式導(dǎo)入FastCAE VR后處理模塊，可進(jìn)行VR沉浸式漫游體驗(yàn)。
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——船舶阻力預(yù)測模擬
1、問題描述本案例演示船舶阻力預(yù)測模擬的工作流程。船體置于虛擬拖曳試驗(yàn)池中，模型如下：
2、軟件設(shè)置
（1）選擇物理模型；使用 K-Epsilon 湍流模型和分離流求解器來求解瞬態(tài)雷諾平均納維－斯托克斯方程。在激活流體域體積(VOF) 模型后，選擇VOF波，來設(shè)置水面初始波的數(shù)據(jù)。物理模型的選擇如下：
（2）定義歐拉相；在連續(xù)體continuum中，右鍵單擊Models > EulerianMultiphase > Eulerian Phases 節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建新相，把新相命名為H2O，在H2O節(jié)點(diǎn)選擇液體和恒密度模型。同樣的方式設(shè)置空氣相，選擇氣體和恒密度模型，定義完的歐拉相如下：
（3）設(shè)置VOF波；在模擬期間，自由表面水位隨時(shí)間的變化而變化。 STAR-CCM+ 提供可讓您指定波初始條件和邊界條件的 VOF波模型。此處，在靜水中拖曳船。右鍵單擊Continua > Physics 1 > Models > VOF Waves> Waves，選擇New > Flat，在出現(xiàn)的Flat Vof Wave 1節(jié)點(diǎn)設(shè)置流和風(fēng)的速度；設(shè)置完Flat Vof Wave 1的屬性如下：
（4）設(shè)置初始條件；設(shè)置壓力、速度和體積分?jǐn)?shù)的初始條件。
（5）阻尼波反射；在流動(dòng)阻力模擬時(shí)發(fā)生波反射。波反射有兩個(gè)來源：一是來自邊界的波反射，二是由于突兀的網(wǎng)格過渡造成的波反射，為了避免這些波反射與真正的波場相互作用，從而導(dǎo)致結(jié)果無效。STAR-CCM+提供了 VOF 波阻尼功能。
展開 船舶阻力CFD模擬分析 ?
船舶阻力預(yù)報(bào)CFD研究現(xiàn)狀
在船舶行業(yè)，CFD能準(zhǔn)確捕捉復(fù)雜流動(dòng)形態(tài)及結(jié)構(gòu)；流動(dòng)區(qū)域平均物理量（速度及壓力）的預(yù)報(bào)已達(dá)到較高精度；固壁邊界的水動(dòng)力系數(shù)（摩擦阻力和粘壓阻力系數(shù)）的預(yù)報(bào)已達(dá)到一定精度，可用于初步設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等工程應(yīng)用問題；自由表面流動(dòng)的計(jì)算進(jìn)步較快，波形的預(yù)報(bào)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)?shù)木取?通過CFD計(jì)算分析，可以對(duì)多個(gè)不同的設(shè)計(jì)方案給出正確的排序。比之單由水池試驗(yàn)，CFD分析的長處是它允許對(duì)更寬范圍的備選船型方案進(jìn)行測試。比較理想的做法是，它適合用來選擇有希望的備選設(shè)計(jì)方案作進(jìn)一步的水池試驗(yàn)。CFD也指明對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)的部位和方法，比如，顯示出船身上的壓力分布的細(xì)節(jié)。
船舶阻力計(jì)算CFD的解決方案
船舶阻力計(jì)算CFD應(yīng)用需求
船舶的水動(dòng)力性能（快速性、適航性、操縱性）是由繞船的流場特性而決定，從理論上講通過求解描述流場特性的流體動(dòng)力學(xué)方程就能對(duì)相應(yīng)的水動(dòng)力性能做出預(yù)報(bào)。然而，由于自由面的存在、船體幾何形狀復(fù)雜（特別是船尾）、附體較多，導(dǎo)致自由面水波、流體分離、旋渦等現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得流場中的流動(dòng)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，即使有了描述流動(dòng)過程的微分方程式也不可能得到解析解，因此，長期以來船模試驗(yàn)便成了研究船舶周圍流場特性的一個(gè)必不可少的手段。然而，船模試驗(yàn)不僅周期長、費(fèi)用高、很難得到詳細(xì)的局部流場信息，同時(shí)因?yàn)槌叨刃?yīng)，船模實(shí)際上并不能真實(shí)地再現(xiàn)實(shí)船的流動(dòng)情況，存在很大的局限性。新的水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)手段的引入已十分必要。
船舶阻力的CFD計(jì)算盡管存在自由表面、高雷諾數(shù)等多種難題，但近30年來通過人們不懈的努力，從勢流理論線性計(jì)算到非線性計(jì)算，從理想流體到粘性流體，從薄邊界層到全NS方程的求解，直至考慮自由面的NS方程的求解，CFD方法在計(jì)算能力和實(shí)用方面都發(fā)生了深刻的變化。過去只是在大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)才有的計(jì)算方法，如今已有很多商業(yè)化的CFD軟件可以應(yīng)用。
展開 【AICFD案例操作】潛艇阻力AI預(yù)測分析
圖4-3 運(yùn)行求解器
圖4-4 設(shè)置預(yù)測變量
① 在彈出的AI樣本設(shè)置界面，設(shè)置預(yù)測范圍為（1-5）。單擊樣本處理，生成樣本數(shù)，在彈出的AI樣本生成界面中，修改其中一個(gè)樣本數(shù)3為2.8，避免和原始工況趨近，如圖所示；
② 點(diǎn)擊開始，開始計(jì)算。
圖4-5 設(shè)置預(yù)測范圍
圖4-6 生成樣本數(shù)
五、后處理
1）模型訓(xùn)練
① 計(jì)算完成后，單擊“是”開始訓(xùn)練；
② 訓(xùn)練完成后，單擊“確定”，確認(rèn)訓(xùn)練完成，單擊“關(guān)閉”按鈕退出當(dāng)前對(duì)話框，如圖所示。
圖5-1 模型訓(xùn)練
① 雙擊 求解> 求解模型，打開AI預(yù)測開關(guān)，輸入值：3.043；
② 單擊應(yīng)用按鈕，程序自動(dòng)加載預(yù)測結(jié)果，如圖所示。
圖5-2 結(jié)果預(yù)測
2）求解結(jié)果更新及導(dǎo)入
雙擊樹節(jié)點(diǎn) 報(bào)告> 力，設(shè)置方向參數(shù)，選取區(qū)域面列表中hull，單擊應(yīng)用，讀取升阻力數(shù)據(jù)。
圖5-3 數(shù)據(jù)讀取
圖5-4 數(shù)據(jù)查看
3）結(jié)果對(duì)比
① 在進(jìn)行預(yù)測計(jì)算之前， 可以先進(jìn)行原始工況的計(jì)算，然后和預(yù)測后的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)；
② 升阻力，壁面壓力和中心截面速度對(duì)比。
展開 
使用 Fidelity FINE Marine 預(yù)測船體阻力曲線
空氣阻力被建模為施加在正面投影區(qū)域中心的力。
55 節(jié)時(shí)的波型（左）、不同船體站的船首波浪剖面以及 55 節(jié)時(shí)船體上的流體動(dòng)力壓力（右）。
模型測試
船體模型由涂有油漆的泡沫和木材制成。它具有符合 1:16 線性比例的流體動(dòng)力學(xué)光滑表面光潔度。在湍流刺激下，從船首到第 17 站，細(xì)沙粒沿著龍骨粘在船體上。
阻力測試是使用 MARINTEK 的高速鉆機(jī)拖曳的模型進(jìn)行的，包括阻力、縱傾和下沉測量。在測試設(shè)置中，模型可以自由起伏、橫搖和縱傾，但在所有其他自由度上都是固定的。
空氣阻力對(duì)吃水線以上投影面積的影響包含在基于船舶投影面積的預(yù)測中。
船體和波型的底部和透視圖。
轉(zhuǎn)換為總船舶阻力
使用形狀因子方法將船體模型（數(shù)字或?qū)嶒?yàn)）轉(zhuǎn)換為全尺寸船舶。該方法假設(shè)總阻力可分為粘性阻力和剩余（由于渦度、興波和破波）阻力 CR。粘性阻力是通過將摩擦阻力 CF 乘以恒定形狀系數(shù) k0 來確定的，這對(duì)于模型和船舶是相同的。此外，假定模型和船舶的剩余電阻 CR 相同。
將數(shù)值或?qū)嶒?yàn)結(jié)果換算成船舶總阻力RTs時(shí)，通過經(jīng)驗(yàn)公式考慮船體表面粗糙度的影響。結(jié)果以無量綱總船舶阻力 CT 的形式表示。
結(jié)果
下表比較了從模型試驗(yàn)方法和 CFD 方法獲得的預(yù)測總船舶阻力。對(duì)于所有速度，結(jié)果一致在 0.7% 以內(nèi)。水動(dòng)力縱傾角在 0.5 度以內(nèi)一致。這是一個(gè)令人滿意的結(jié)果，因?yàn)榭v傾測量沒有針對(duì)比例效應(yīng)進(jìn)行校正，并且 CFD 網(wǎng)格可以圍繞船體進(jìn)一步細(xì)化，盡管本研究不需要這樣做。
模型試驗(yàn)結(jié)果和 CFD 結(jié)果的無量綱總船舶阻力 CT 和水動(dòng)力縱傾角的比較
結(jié)論
CFD 預(yù)測與平靜水面條件下船舶總阻力模型測試結(jié)果的一致性增強(qiáng)了 Marintek 對(duì)其海洋應(yīng)用的 Fidelity CFD 解決方案的信心。
文章來源：cadence博客
展開 精確的飛行器阻力預(yù)測的 Fidelity Pointwise 和 ISimQ 網(wǎng)格自適應(yīng)
適應(yīng)周期 1 后汽車后部的網(wǎng)格（左），適應(yīng)周期 6 后汽車后部的網(wǎng)格（右）
圖 6 顯示了汽車阻力隨適應(yīng)周期的變化。隨著網(wǎng)格變得更細(xì)，阻力逐漸接近 68N 左右的值。
圖 6. 阻力作為適應(yīng)周期的函數(shù)
結(jié)論
Fidelity Pointwise 和 ISimQ 開發(fā)了一種新的網(wǎng)格適應(yīng)過程，旨在實(shí)現(xiàn)適應(yīng)的長期希望和承諾。DrivAer 模型研究證實(shí)，這種新的網(wǎng)格自適應(yīng)方法可以成功地用于飛行器中的精確阻力預(yù)測。此外，自適應(yīng)方法在自適應(yīng)過程中確認(rèn)底層幾何形狀，調(diào)整流拓?fù)洌⑦B續(xù)改進(jìn)網(wǎng)格質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)健和高效的自動(dòng)化網(wǎng)格自適應(yīng)過程。
參考
Galpin, Paul., Wyman, Nick.，CFD 和網(wǎng)格自適應(yīng) – 空氣動(dòng)力學(xué)模擬。
司機(jī)模型。https://www.epc.ed.tum.de/en/aer/research-groups/automotive/drivaer/
文章來源：cadence博客
展開 Glosten 使用云解決方案預(yù)測 Barehull KRISO 集裝箱船阻力
關(guān)于該項(xiàng)目
該項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注云中 KRISO 集裝箱船 (KCS) 的裸體阻力計(jì)算。KRISO 集裝箱船是一種標(biāo)準(zhǔn)船體形式，經(jīng)常用作海洋工業(yè)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 研究的基準(zhǔn)案例。基本的船體形狀參數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都可以在已發(fā)表的文獻(xiàn)中找到。
過程和基準(zhǔn)結(jié)果
模擬被設(shè)置為穩(wěn)態(tài)解，固定在縱傾和升沉以復(fù)制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件。半模型網(wǎng)格包含 160 萬個(gè)單元格。仿真控制變量如下：
300步
統(tǒng)一時(shí)間步長 = 5 個(gè)子周期
八次非線性迭代
該解決方案在 150 時(shí)間步長內(nèi)收斂到穩(wěn)態(tài)阻力；但是，允許模擬在所有平臺(tái)上運(yùn)行直至完成，以提供性能比較。
該模型計(jì)算出的總阻力系數(shù)為 0.003574。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 0.00356 相比有 0.4% 的差異。圖 1. 說明了計(jì)算的波場（頂部）與測量數(shù)據(jù)（底部）的對(duì)比。
圖 1 實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果對(duì)比
用于 Fidelity Fine Marine 的 UberCloud 應(yīng)用程序容器
UberCloud 容器是隨時(shí)可以執(zhí)行的軟件包。它們旨在提供完成復(fù)雜任務(wù)的工具。在本案例研究中，F(xiàn)ine Marine 軟件已預(yù)安裝、配置并在裸機(jī)上運(yùn)行，沒有性能損失。該軟件無需安裝或處理復(fù)雜的操作系統(tǒng)命令或配置即可運(yùn)行。
UberCloud 容器技術(shù)為工程師提供了廣泛的選擇，因?yàn)槿萜骺梢詮姆?wù)器移植到服務(wù)器或從云移植到云。云運(yùn)營商或 IT 部門將不再限制不同種類的任務(wù)，因?yàn)樗麄儾辉傩枰惭b、調(diào)整和維護(hù)底層軟件。他們可以依靠 UberCloud 容器來克服這種復(fù)雜性。該技術(shù)還提供了硬件抽象，其中容器與硬件和軟件堆棧之間的服務(wù)器抽象不緊密耦合，提供了裸機(jī)環(huán)境所缺乏的易用性和敏捷性。
好處
這個(gè)案例幫助我們了解了 UberCloud 和 CPU 24/7 提供的性能優(yōu)勢。
展開 HydroComp 網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)看點(diǎn)回顧（一）
受到全球持續(xù)疫情的影響，我們?nèi)蚝芏嘀匾献骰锇榧娂姴扇≡诩肄k公的方式應(yīng)對(duì)，我們重要合作伙伴HydroComp公司在近期推出了一系列的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，這次我們挑選2期精彩內(nèi)容做相應(yīng)回顧，后續(xù)也會(huì)持續(xù)跟蹤并分享：
Waterjets in NavCad：data,settings, and calcs NavCad如何使用噴水推進(jìn)器進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，設(shè)置和計(jì)算
Pushboats and propellers頂推船和螺旋槳
如何使用噴水推進(jìn)器進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，設(shè)置和計(jì)算
NavCad主要提供船舶阻力預(yù)測及推進(jìn)系統(tǒng)的分析選型，包括螺旋槳、主機(jī)、傳動(dòng)設(shè)備等。主要功能包括船體阻力計(jì)算、附加阻力計(jì)算、圖譜法螺旋槳選型、船槳相互作用、船舶多工況下油耗分析、船舶加速分析、噪音空泡以及淺水等補(bǔ)充分析。
NavCad支持多種類型的推進(jìn)裝置，例如螺旋槳，導(dǎo)管槳，噴水推進(jìn)，對(duì)轉(zhuǎn)槳等等。噴水推進(jìn)，在推進(jìn)評(píng)估過程中，我們需要找到推進(jìn)器與船體的匹配關(guān)系，與螺旋槳sizing途徑有些區(qū)別，在常規(guī)propeller sizing 中我們需要找到合適的螺旋槳直徑，螺距，盤面比等參數(shù)，waterjet 需要通過廠家提供的性能曲線來進(jìn)行匹配和評(píng)估。
通過常規(guī)的噴水推進(jìn)曲線圖進(jìn)行waterjet的特征輸入：
本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中詳細(xì)的介紹了如何使用waterjet進(jìn)行推進(jìn)評(píng)估，如何輸入waterjet特征參數(shù)，如何進(jìn)行計(jì)算參數(shù)的設(shè)定。最后，還邀請(qǐng)到了芬蘭的waterjet廠家進(jìn)行遠(yuǎn)程連線，分享經(jīng)驗(yàn)。
展開 【技術(shù)】NavCad 船型導(dǎo)入功能-解放生產(chǎn)力，告別繁瑣的參數(shù)輸入
NavCad是HydroComp公司的一款主要提供船舶阻力預(yù)測及推進(jìn)系統(tǒng)的分析選型的軟件。用戶可以通過輸入對(duì)應(yīng)船型參數(shù)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)船型性能的預(yù)測與評(píng)估，NavCad需要輸入的參數(shù)并不多，對(duì)于熟悉軟件的客戶，大部分參數(shù)可以相對(duì)快速、準(zhǔn)確的找到并輸入，但還有少部分參數(shù)并不容易得到或者需要一些經(jīng)驗(yàn)。例如在NavCad高級(jí)版中的ADVM（AnalyticalDistributed Volume Method）方法，需要輸入各個(gè)橫剖面站位的剖面面積與型心等信息，這些信息在很多情況下并不能很簡單的得到。
*ADVM需要手動(dòng)輸入每個(gè)橫剖面的剖面信息
NavCad CAD import 功能是針對(duì)已有船型幾何的情況下，開發(fā)的對(duì)船型進(jìn)行自動(dòng)捕捉，自動(dòng)識(shí)別的工具。可以極大的提高船型參數(shù)的輸入效率與準(zhǔn)確性。
用戶通過導(dǎo)入已有船型幾何，例如STL,OBJ格式，NavCad可以自動(dòng)識(shí)別船型參數(shù)，通過這些參數(shù)，NavCad計(jì)算相應(yīng)船型性能。下面分別通過例子展示CAD import工具的功能，分別是ITTC-78（CT）排水量型船型和Planing高速艇船型。
一、ITTC-78（CT）排水量船型
首先打開CAD import工具界面，設(shè)置好單位，點(diǎn)擊import，導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的船型幾何文件，目前支持的幾何格式有STL (ASCII) 與 OBJ。需要注意的是，導(dǎo)入的幾何必須是整船幾何，而且是封閉的。
*導(dǎo)入船型幾何
導(dǎo)入幾何后，調(diào)整幾何方向，使得幾何滿足如下圖所示方向，并選擇對(duì)應(yīng)的船型設(shè)置參數(shù)（ITTC 78）。
點(diǎn)擊waterline設(shè)置水線位置，尾封板位置等。
展開 NavCad——讓快速性預(yù)報(bào)變得簡單高效
一個(gè)萌新小白的NavCad使用體驗(yàn)報(bào)告：
通常剛剛接觸一款軟件首先需要對(duì)該軟件有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，了解軟件的特性，下面是軟件的初步介紹：
開發(fā)于1987年的NavCad是HydroComp的旗艦產(chǎn)品, 主要提供船舶阻力預(yù)測及推進(jìn)系統(tǒng)的分析選型，包括螺旋槳、主機(jī)、傳動(dòng)設(shè)備等。主要功能包括船體阻力計(jì)算、附加阻力計(jì)算、圖譜法螺旋槳選型、船槳相互作用、船舶多工況下油耗分析、船舶加速分析、噪音空泡以及淺水等補(bǔ)充分析。
NavCad適用于常規(guī)貨船、滑行艇、駁船、雙體船等各種船型，圖譜槳支持所有常見的系列槳，如B、MAU系列。除此以外還支持導(dǎo)管槳，高速艇用槳以及半浸槳、噴水推進(jìn)器等特種推進(jìn)器。
筆者作為NavCad 新手，主要需要從以下幾點(diǎn)考慮：
? 軟件的功能
? 軟件的適用范圍
? 軟件對(duì)于設(shè)計(jì)效率的提升，軟件的適用難度
? 軟件計(jì)算預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度
軟件功能與適用范圍不用多說，前面做了介紹，筆者比較關(guān)心的就是軟件的效率與預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，下面選取了幾個(gè)船型例子進(jìn)行測試：
船型選擇
某4萬左右DWT成品油船/化學(xué)品船， 6萬左右DWT散貨船，3萬左右DWT 散貨船，5萬左右DWT 散貨船，5000TEU左右集裝箱以及某滾裝船。
主要選擇盡量涵蓋3大主要船型以及近期市場比較火熱的船型，具有比較與統(tǒng)計(jì)意義，這些船型都由是國內(nèi)外著名設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，在市場上活躍度很高的船型。
對(duì)比測試的內(nèi)容
快速性預(yù)報(bào)-船舶自航預(yù)報(bào)結(jié)果與水池試驗(yàn)，主要是總阻力系數(shù)Ct，有效功率PE以及螺旋槳收到功率PD，同時(shí)船舶試驗(yàn)單位也盡量涵蓋包括HSVA,MARINE,SSPA,702等國內(nèi)外著名水池。
展開 完美“聲優(yōu)” | ProNas在大型船舶中高頻噪聲預(yù)測的應(yīng)用
本文以ProNas能量有限元理論為基礎(chǔ)，建立了船舶的ProNas能量有限元計(jì)算模型，采用大型商用正版軟件ProNas對(duì)復(fù)雜激勵(lì)在船舶各艙室產(chǎn)生的中高頻結(jié)構(gòu)噪聲及空氣噪聲進(jìn)行仿真計(jì)算，得到船舶各艙室聲壓級(jí)，并利用ProNas軟件后處理功能確定激勵(lì)源及傳遞路徑處的能量分布云圖，對(duì)不滿足噪聲目標(biāo)的艙室進(jìn)行了聲學(xué)優(yōu)化，最終解決了大型實(shí)際船舶工程的中高頻噪聲預(yù)測與控制問題。
NavCad——讓快速性預(yù)報(bào)變得簡單高效
一個(gè)萌新小白的NavCad使用體驗(yàn)報(bào)告：
通常剛剛接觸一款軟件首先需要對(duì)該軟件有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，了解軟件的特性，下面是軟件的初步介紹：
開發(fā)于1987年的NavCad是HydroComp的旗艦產(chǎn)品, 主要提供船舶阻力預(yù)測及推進(jìn)系統(tǒng)的分析選型，包括螺旋槳、主機(jī)、傳動(dòng)設(shè)備等。主要功能包括船體阻力計(jì)算、附加阻力計(jì)算、圖譜法螺旋槳選型、船槳相互作用、船舶多工況下油耗分析、船舶加速分析、噪音空泡以及淺水等補(bǔ)充分析。
NavCad適用于常規(guī)貨船、滑行艇、駁船、雙體船等各種船型，圖譜槳支持所有常見的系列槳，如B、MAU系列。除此以外還支持導(dǎo)管槳，高速艇用槳以及半浸槳、噴水推進(jìn)器等特種推進(jìn)器。
筆者作為NavCad 新手，主要需要從以下幾點(diǎn)考慮：
? 軟件的功能
? 軟件的適用范圍
? 軟件對(duì)于設(shè)計(jì)效率的提升，軟件的適用難度
? 軟件計(jì)算預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度
軟件功能與適用范圍不用多說，前面做了介紹，筆者比較關(guān)心的就是軟件的效率與預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，下面選取了幾個(gè)船型例子進(jìn)行測試：
船型選擇
某4萬左右DWT成品油船/化學(xué)品船， 6萬左右DWT散貨船，3萬左右DWT 散貨船，5萬左右DWT 散貨船，5000TEU左右集裝箱以及某滾裝船。
主要選擇盡量涵蓋3大主要船型以及近期市場比較火熱的船型，具有比較與統(tǒng)計(jì)意義，這些船型都由是國內(nèi)外著名設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，在市場上活躍度很高的船型。
對(duì)比測試的內(nèi)容
快速性預(yù)報(bào)-船舶自航預(yù)報(bào)結(jié)果與水池試驗(yàn)，主要是總阻力系數(shù)Ct，有效功率PE以及螺旋槳收到功率PD，同時(shí)船舶試驗(yàn)單位也盡量涵蓋包括HSVA,MARINE,SSPA,702等國內(nèi)外著名水池。
展開 LeadingEDGE 預(yù)測 Lloyd's Register Regal 的全尺寸船舶性能
船舶設(shè)計(jì)者和建造者可以使用最具成本效益的解決方案來遵守這些法規(guī)。從技術(shù)角度來看，這可以轉(zhuǎn)化為需要更高效和準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法，以便能夠在設(shè)計(jì)階段的早期預(yù)測預(yù)期的船舶性能。準(zhǔn)確的預(yù)測可以避免事后昂貴的改造解決方案。
計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 軟件在預(yù)測和優(yōu)化船舶性能方面發(fā)揮著越來越重要的作用。廣泛的國際研討會(huì)旨在不斷驗(yàn)證和驗(yàn)證 CFD 工具生成的數(shù)據(jù)，這些研究中心和大學(xué)定期組織深入?yún)⑴c進(jìn)一步開發(fā)這種替代實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏y試的數(shù)值方法。
勞埃德船級(jí)社測試案例
勞埃德船級(jí)社技術(shù)調(diào)查部組織的勞氏船級(jí)社研討會(huì)是全球參與的研討會(huì)之一。研討會(huì)的范圍是驗(yàn)證一種能夠準(zhǔn)確預(yù)測全尺寸船舶性能的數(shù)值方法，旨在加快船舶的設(shè)計(jì)過程，并為模型測試提供時(shí)間和成本效益高的替代方案。參與者必須提交在給定條件下預(yù)測的船速、軸扭矩、動(dòng)態(tài)平衡和螺旋槳空化擴(kuò)展的數(shù)值結(jié)果。然后將這些結(jié)果與海上試航期間在貨船“REGAL”上進(jìn)行的船上測量和觀察結(jié)果進(jìn)行比較。
考慮中的船舶是一艘1994年在波蘭建造的138m雜貨船，總重量11542噸，配備一個(gè)四葉右旋定距螺旋槳。
LeadingEDGE 結(jié)果
LeadingEDGE Marine Engineering參加了研討會(huì)，并在整個(gè)項(xiàng)目中使用了 Fine Marine。LeadingEDGE 的方法主要圍繞 Fine Marine 中實(shí)施的高級(jí) Actuator Disk 模型構(gòu)建，該模型讀取真實(shí)螺旋槳的開放水域性能。能夠從數(shù)值計(jì)算中刪除實(shí)際的螺旋槳幾何形狀可以大大簡化物理過程并加快過程。只需要裸船體阻力和自航案例來驗(yàn)證該方法（空化和開放水域螺旋槳測試不在本次練習(xí)的范圍內(nèi)）。
與船體阻力模擬的慣例相反，模擬的是整個(gè)船體而不是半個(gè)船體。這允許正確包含由于容器的初始流體靜力平衡和 3D 掃描幾何形狀引起的小不對(duì)稱，如研討會(huì)組織者提供的那樣。
展開 【AI+波浪補(bǔ)償】AR模型實(shí)時(shí)船舶運(yùn)動(dòng)預(yù)測中的尺度效應(yīng)
預(yù)測模型分為三類:基于流體動(dòng)力學(xué)的預(yù)測方法、經(jīng)典時(shí)間序列預(yù)測模型和非線性智能學(xué)習(xí)預(yù)測模型。
為了克服在準(zhǔn)確估計(jì)狀態(tài)空間、噪聲和響應(yīng)核函數(shù)方面的實(shí)際局限性，人們采用時(shí)間序列模型對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，即只需對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)或海浪進(jìn)行建模。相對(duì)而言，自回歸模型(AR)由于其計(jì)算成本和實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的便利性，被探討得最多。關(guān)于AR模型的識(shí)別方案有很多研究，但由于嚴(yán)酷海域的船舶運(yùn)動(dòng)是非線性和非穩(wěn)態(tài)的，因此AR模型在高海況下的性能不足。為了獲得更好的預(yù)測結(jié)果，設(shè)計(jì)了AR移動(dòng)平均（ARMA）模型。與AR模型相比，這里采用波浪測量值作為時(shí)間序列模型的附加輸入。當(dāng)預(yù)測時(shí)間短于4s時(shí)，ARMA模型可以給出很好的預(yù)測結(jié)果，但當(dāng)預(yù)測時(shí)間超過4s時(shí)，ARMA模型就無法捕捉到目標(biāo)船運(yùn)動(dòng)的振幅，而且，只有在準(zhǔn)確感應(yīng)到距離船頭較遠(yuǎn)的波浪時(shí)，才能得到滿意的結(jié)果，而在實(shí)際情況下，準(zhǔn)確的相位分辨波浪遙感還是非常困難的。
某一預(yù)測模型的可預(yù)測性受到船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列特征的影響。但這些關(guān)系仍不明確。波浪誘導(dǎo)的船舶運(yùn)動(dòng)主要由船舶尺寸、海況和速度決定。本研究對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)預(yù)測中的船舶尺寸影響進(jìn)行了研究，旨在為評(píng)估船舶運(yùn)動(dòng)的可預(yù)測性提供一些初步的見解。由于AR預(yù)測模型除了方便實(shí)現(xiàn)外，在實(shí)際應(yīng)用中也多被采用和推薦，因此本研究重點(diǎn)關(guān)注AR預(yù)測模型。
展開 ProNas能量有限元法在船舶中高頻噪聲預(yù)測的應(yīng)用
本文，結(jié)合具體應(yīng)用，介紹ProNa能量有限元法在船舶中高頻噪聲預(yù)測中的應(yīng)用。以ProNas能量有限元理論為基礎(chǔ)，建立了船舶的ProNas能量有限元計(jì)算模型，采用安世亞太大型商用軟件ProNas對(duì)復(fù)雜激勵(lì)在船舶各艙室產(chǎn)生的中高頻結(jié)構(gòu)噪聲及空氣噪聲進(jìn)行仿真計(jì)算，得到船舶各艙室聲壓級(jí)，并利用ProNas軟件后處理功能確定激勵(lì)源及傳遞路徑處的能量分布云圖，對(duì)不滿足噪聲目標(biāo)的艙室進(jìn)行了聲學(xué)優(yōu)化，最終解決了大型實(shí)際船舶工程的中高頻噪聲預(yù)測與控制問題。
復(fù)雜結(jié)構(gòu)的中高頻噪聲的控制一直以來都是各工業(yè)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題，尤其對(duì)于大型船舶其內(nèi)環(huán)境相比其它工業(yè)產(chǎn)品更加獨(dú)特：結(jié)構(gòu)形式縱橫交錯(cuò)，艙室眾多，噪聲誘因復(fù)雜，聲源品種繁多密集，噪聲強(qiáng)度較大，噪聲頻域帶寬且持續(xù)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)噪聲與空氣噪聲相互轉(zhuǎn)化。以上這些特點(diǎn)，就使得船舶噪聲控制起來更加困難。
2014年7月國際海事組織（IMO）簽訂生效的新的《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》要求居住區(qū)部分艙室聲壓級(jí)在舊規(guī)范的基礎(chǔ)上降低5dB(A),這就要求船舶工程設(shè)計(jì)人員需要采取更加有效的控制手段來降低船舶噪聲。
傳統(tǒng)的以有限元（FEA）、邊界元（BEA）、統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）等算法為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的商用軟件工具，在計(jì)算效益上存在不足和瓶頸，很難滿足來自噪聲振動(dòng)工程界及學(xué)術(shù)科研的越來越復(fù)雜、精細(xì)及多學(xué)科綜合解析優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)和技術(shù)發(fā)展需求。
能量有限元-統(tǒng)計(jì)能量混合模塊（ProNAS/EFEA-SEA）涉及的基本變量是平均的能量或能量密度，既可以快速建模預(yù)測及優(yōu)化振噪特性，也可以直接使用現(xiàn)有普通有限元網(wǎng)格進(jìn)行中高頻振動(dòng)的分析和模擬，從而大大節(jié)省工程設(shè)計(jì)人員的建模時(shí)間，使工程人員在設(shè)計(jì)初期能夠有效地進(jìn)行工程預(yù)測和優(yōu)化。
一、船舶模型建立
1、船舶前處理模型
本文以某客箱船為例。
展開 