船舶設計技術的案例
船舶設計：船舶推進軸系方案設計的關鍵技術
鑒于船舶推進軸系的組成部件數量及工作環境，其設計是一個復雜的系統性問題。為提高軸系設計質量，國內外船舶領域的專家學者開展了大量的研究工作，相關設計單位和船級社也制定了一系列設計規范和流程。
目前，船舶推進軸系常用設計方法的缺點已日趨凸顯，故亟需對現有設計方法進行全面綜合的分析研究。基于船舶推進軸系的方案設計流程，重點梳理推進軸系的校中及優化、軸系振動及減振控制和軸系設計質量評價等方面的技術進展，并提出未來需要進一步展開的研究工作，旨在為船舶推進軸系的優化設計提供參考。
船舶推進軸系方案設計的關鍵技術研究進展
賴國軍，劉金林，雷俊松，夏極，周瑞平，曾凡明
2019，14（5）：10-21
0 引言
船舶推進軸系［1］作為主推力裝置的重要組成部分，其主要作用是聯接主機和推進器（例如，螺旋槳），將主機輸出功率傳遞至推進器，并將推進器產生的推（拉）力以軸承力的方式傳遞至船體，從而推動船舶前進或后退。
展開 讀書筆記：面向前期設計的船舶數字化設計
推薦本文提出的對于面向前期設計的數字化設計方法。由于文章篇幅較長，我對很多內容進行了裁剪。
這篇文章的筆記會分為兩個部分。本篇筆記著重介紹了前期設計需要解決的問題，并且從中可以看出，為什么需要通過數字化的手段來試圖解決它。
【1】簡介
環境問題已成為主導設計的驅動力。
為了加快船隊的技術更新，提高航運的可持續性，國際海事組織、歐盟和國家當局實施了越來越嚴格的環境法規。
新技術提供的可能性是如此重要，以至于被認為是關鍵實現技術(KETs)。
然而，大多數這些技術都是如此先進，以至于缺乏適當的證明它們在船上的適用性。
由于船舶設計是一個復雜的過程，需要將多個不同的系統(包括電力系統)集成到一個龐大的實體中，并且必須遵守多個強制性約束。每個系統相對于其他系統而言，既是一個合作伙伴(為了使船舶完全運行)，也是一個競爭對手(主要在船上的重量和體積方面)。此外，最終的設計不僅要滿足給定的要求和約束條件，還要盡可能地最大化最重要的船舶設計驅動因素(如減少重量/體積/排放、提高效率、降低成本、最大化有效載荷)。如果一個新的組件、子系統或系統必須在船上集成，設計的復雜性將呈指數級上升，從而使其對船舶的影響很難預測。
新的船舶設計技術是希望確定一種新的設計方法，能夠從早期設計階段就有效地整合所有船上的新技術。要解決的問題在于對一個極其復雜的系統進行技術集成。解決這一問題的理論基礎已經成為現代船舶設計的基礎。實際上，有一些研究已經確定了一種有效的方法來處理復雜系統的設計，方法是將它們劃分為組成部分，保持整體的綜合
(圖1)根據這種方法，可以對艦船設計進行拆分，使現代多學科設計團隊可以完成拆分。
展開 船舶自動靠離泊系統設計與關鍵技術
構建船舶靠離泊作業條件下的操縱運動模型，是船舶運動控制的理論支撐，是實現船舶自動靠離泊作業的理論基礎。
2.低頻運動控制技術
船舶的靠離泊運動控制不是一個獨立的控制任務，而是同時包含了作業決策、目標規劃以及低頻運動控制。根據靠泊船舶自身船型、載重、推進性能，以及泊位水流、氣象等情況，船舶的安全靠離泊作業往往采用頂流入泊(直接入泊、掉頭入泊)和平行入泊的方式完成靠泊；目標規劃則是以入泊方式為基礎的，根據作業需要，目標規劃往往包含軌跡規劃、航向規劃、航速規劃等。船舶的靠離泊作業對船舶位置、艏向角、速度控制精度要求高，傳統控制方法難以保證船舶在期望位置和姿態同時鎮定，此外，傳統船舶由于硬件限制，無法實現推進系統及轉舵系統的高頻無級控制。為此，國內外學者結合船舶路徑規劃算法，不依賴準確的船舶運動模型設計船舶的自動靠泊控制系統，例如模型預測控制、人工神經網絡、模糊邏輯控制、數據驅動控制、滑模控制、A*路徑追蹤、自抗擾控制等自適應控制算法，這些方法往往依賴算法本身的魯棒性，而忽略了船舶運動模型的準確性，缺乏船舶水動力機理支撐。開展基于船舶運動模型的船舶低速運動控制研究，是實現船舶自動靠離泊的技術基礎。
3.船岸協同感知技術
船舶的靠泊控制主要步驟為：(1)改變航向，(2)逐級降速，(3)主機停轉，依靠余速入泊。根據自動靠泊控制思路及控制手段，自動靠泊流程可以描述為：①船舶由港區移動至泊位附近的A點，②船舶以低速由臨近泊位處的A點移動至泊位處的目標點B點，并同時考慮避讓靜態和動態障礙物。對于船舶自動靠泊系統，靠泊船舶與岸端設備之間的協同感知與交互更是安全系泊的基礎。可見，協同感知技術是船舶靠離泊控制的主要輔助手段，船舶的自動靠泊控制是以協同感知技術為保障的。
展開 觀點｜船舶電氣化的那些設計亮點和技術優勢
為了滿足日趨嚴格的環保要求，航運業一直在不斷挖掘新的脫碳潛能，而電池技術的快速發展和應用則為船舶減少燃料消耗和降低廢氣排放帶來了新的希望。近年來，各種類型的電池動力船舶陸續下水，向業界展示了船舶電氣化蘊藏的潛在價值。與此同時，船用電池技術開發商也在持續優化電池系統性能表現，為船舶提供更加安全、可靠的創新電池動力解決方案。
作為世界領先的能源存儲方案提供商，加拿大SHIFT清潔能源公司(SHIFT Clean Energy，以下簡稱“SHIFT”)推出了號稱全球最安全的基于鋰離子電池的能源存儲系統(ESS)，已獲得多家船級社型式可，可為混合動力和全電動渡輪、拖輪、海工船以及大型混合動力游艇等多種船型提供動力。僅在今年，SHIFT就參與了多個走在行業前列的船舶電氣化項目。近期，新加坡首艘全電動貨船“Hydromover”號舉行了龍骨鋪設儀式，該船將使用SHIFT研發的PwrSw?p技術，成為首艘可更換電池的全電動船舶，實現經濟和環保的雙贏，該技術還吸引到了其他100多艘船舶的興趣。此外，SHIFT還與新加坡船舶設計公司SeaTech、石油貿易商Vitol合作打造新加坡首批混合動力燃料加注油輪，將配備SHIFT能源存儲和電池管理系統。SHIFT還與新加坡海工服務供應商Vallianz以及SeaTech等合作伙伴共同啟動了亞太地區首艘全電動、零排放港口拖輪的設計、建造項目。據了解，SHIFT目前已被選擇為17艘混合動力或全電動拖輪提供能源存儲系統，進一步促進航運業向零排放發展。
清潔能源存儲方案受到航運業的歡迎反映出了電池動力船舶的發展浪潮，在此背景下，大型遠洋船舶電氣化的可行性也成為了業界關注和探索的方向。今年7月，幾位研究人員發布論文稱，商用電池成本的快速下降使全球40%以上的集裝箱船運輸有望在未來十年內實現完全電氣化。
展開 
三維船舶設計圖形工作站特點分析
這是未來趨勢，設計部門不僅僅對設計人員素質要求提升，還要有更好的設計利器-專業圖形工作站，幫助加速完成船舶設計與性能分析，贏得先機.對大型船舶與海洋工程設計項目的特點：系統復雜、船型多、涉及專業廣、各個環節各個專業同步并進，協調，變化而動全身，其設計與性能分析過程的每個環節的軟件計算具有不同特點，細化分類，給出匹配的高效能計算架構的工作站硬件配置方案，幫助船舶設計單位更從容地完成大型、復雜船舶和海洋工程設計和船舶建造，滿足所有者對快速實現船隊現代化日趨迫切的需求
船舶與海洋工程設計是一個典型CAD/CAE/CAM應用范例，主要方面歸納為：
（1）大型三維船舶設計參數化設計技術是一種面向產品制造全過程的描述信息和信息關系的產品數字建模方法，參數化、三維可視設計軟件大大加速船舶開發過程，縮短研發時間，但是面對更大的數據計算量和圖形實時生成計算量巨大膨脹，計算機計算速度和顯示速度更高要求
典型軟件 TRIBON、NAPA、CADDS5、 CATIA、Maxsurf
計算特點：三維可視設計架構，大型船舶架構復雜，對計算機圖形生成如幾何頂點計算量巨大，計算機圖形生成主要靠單核完成，所以復雜的模型生成，CPU頻率至關重要
設計工作站配置 待更新
工作站配置特點：
上述方案擁有目前最高頻率架構，徹底解決了面對復雜模型交互設計過程，模型操作卡、頓問題，讓你更流暢從容設計，當然具體使用哪種軟件還有不同硬件優化，視情況可以做配置調整（2）大型船舶建模（CAE前處理、網格劃分）
在有限元求解之前，必須要對三維船舶和海上結構構建有限元模型（CAE前處理、網格劃分），這個階段主要操作:實體幾何建模、殼單元網格劃分、網格變形、詳細分析模型建立、曲面幾何建模等，網格劃分正確與否對計算結果的精度和計算規模大小至關重要
典型軟件：HyerMesh，ANSYS ICEM CFD
推薦配置 待更新
工作站配置特點分析
展開 基于模板技術構建船舶螺旋槳設計平臺
模板是提取設計過程中可重復的設計、建模、分析操作過程并進行封裝，從而形成的模塊化組件。運用模板技術構建統一關聯模型，集螺旋槳理論設計、螺旋槳快速建模、螺旋槳水動力性能分析及螺旋槳結構強度分析于一體，形成基于流程和知識驅動的螺旋槳集成設計與分析一體化應用平臺。
0 引言
隨著三維設計技術及其工具軟件的發展，螺旋槳三維幾何模型已建立起來，并通過相應的分析軟件對其進行了仿真評估。但螺旋槳三維設計CAD系統與仿真分析CAE軟件之間的數據轉換和信息集成問題還未得到有效解決，導致三維模型無法直接用于螺旋槳的工程分析。另外，螺旋槳設計的經驗和知識都掌握在少數人手中，很難重復利用，易對企業造成很高的知識風險。螺旋槳設計工具相互孤立，不成體系，異常復雜的數據流主要依賴人工勞動，設計并行度低，管理難度大，嚴重影響了設計質量和效率，使得設計過程很難實現關聯設計和優化設計。因此，螺旋槳設計平臺的建立勢在必行。
國際上的研究機構基于以前發展的各種方法建立了有效的螺旋槳設計系統。20世紀90年代，美國泰勒水池就開展了螺旋槳優化設計集成系統的研究。HydroComp.IN公司的HYDROCOMP系列軟件包括NavCAD，ProExpert和ProCAD三個模塊，分別用于解決船舶推進系統分析、螺旋槳設計和計算機輔助螺旋槳生產等領域的實際問題。美國AMI公司的VSAERO和USAERO軟件提供螺旋槳水動力分析，MARINTEK的AKPD/AKPA系統和MARIN的EXCALIBUR和PROCAL系統都是設計和分析螺旋槳的集成系統。
展開 船舶設計：船舶等效和替代設計那些事兒
關于替代設計和布置，SOLAS II-2章第17條、SOLAS III章第38條和SOLAS XIV章I-B部分第4條等公約條款引入了此概念。隨著造船技術的發展和設計理念的創新，替代設計和布置在各類客船、核能發電平臺、海洋工程支持船等船舶設計中得到越來越廣泛的應用。
船舶設計軟件：船舶行業設計及分析軟件推薦
主要功能及優勢
1、最優特性設計
2、性能分析
3、空化及其他標準檢查
4、基于船舶梁理論的葉片強度
5、KT-KQ 曲面創建及導出
6、導入或導出用于CAD/CAM/CFD/FEA
7、專業報告和繪圖
推薦
螺旋槳設計和制造者、造船工程師、流體動力學研究者、船舶推進裝置專家、船級社等
文章來源：天洑CAE技術源
船舶海工資料包放送（CFD、湍流、尺寸設計、國防、船舶設計…）
本資料包可以作為船舶海工行業相關人員學習參考。
其中包含電子書、白皮書、視頻、研討會等：
船舶設計的全尺寸CFD模擬
采用ALS技術減少散貨船摩擦阻力的CFD研究
湍流建模及其對于船舶行業的影響
如何使用仿真驅動型方法設計船舶
應對未來挑戰的船舶設計：船舶設計的范式轉變
國防海軍造船數字化，開創高效開發和生產多樣化的新時代
掃描下方二維碼獲取資料
掃碼后聯系客服獲取邀請碼
還有機會獲得最高500元現金紅包哦~
Star-CCM+在船舶行業的解決方案：電氣化船舶的設計過程
它們能夠幫助用戶進行設計優化、性能評估和問題解決，提高產品質量和效率。
Star-CCM+在船舶行業的應用
在船舶行業中，Star-CCM+ 是一款被廣泛應用于船舶設計和性能優化的計算流體力學軟件。下面是一些在船舶行業中使用 Star-CCM+ 的應用和案例：
1.海水動力學分析
Star-CCM+ 可以對船體在不同運行條件下的流場進行模擬和分析，包括速度分布、壓力分布、湍流特性等。這有助于設計師了解船體在正常運行、航行中和靠泊中的流體行為，幫助改進船體形狀和船體部件（如螺旋槳、推進器等）的設計。
2.流阻分析與減阻優化
通過在 Star-CCM+ 中模擬船體在不同速度下的流場，可以評估船體的阻力和阻力分布。這有助于設計師找到減少阻力的優化方案，從而提高船舶的燃油效率和船速性能。
3.起泡現象研究
Star-CCM+ 可以模擬船舶在高速航行時的起泡現象，特別是泡沫阻尼對船舶性能的影響。這種現象在高速船和水下船體的設計中十分重要，因為它可以減少阻力、提高船體穩定性和減小噪音。
4.船舶推進系統優化
通過 Star-CCM+ 對船體和推進系統的耦合模擬，可以評估不同推進器的性能、推力和效率。同時，還可以對船體與推進器之間的相互作用進行模擬，以進一步優化推進系統的設計。
5.渦流和湍流分析
使用 Star-CCM+ 分析船體周圍的渦流和湍流現象，可以幫助設計師了解這些現象對船舶性能的影響。這有助于改進設計，減少湍流阻力，提高船舶的操縱性和穩定性。
6.考慮多物理場耦合
Star-CCM+ 還可以模擬船舶行業中常見的多物理場問題，如結構與流體耦合、熱傳導與流體耦合、流體與湍流聲耦合等。這有助于更全面地評估船舶的性能和可靠性，加強設計的合理性。
展開 船舶設計讀書筆記：前期方案中的船舶復雜性
· 海軍艦艇不必要的設計和建造成本：
一些船體尺寸
在基于虛假成本前提的船舶設計過程中被任意限制。
因此，
這些船有不合理的高裝備密度因素，因此過于復雜(困難)設計
和建造。
因此，設計和建造這些級別的早期艦船花費了更長
的時間和更多的成本。
如圖 2 所示(Keane 2012)，密度較高的船舶和每長噸第一艘船
生產時間歸一化的趨勢是其基本船舶裝備密度(輕重量減去結構
重量除以總體積)和船舶類型的函數。
一般來說，裝備密度
越大的船，生產工時就越長。
AT&L指出，開發合同的成本增長與后續早期產品的成本
增長密切相關
合同。
這一發現在圖 3中得到了證實，圖3顯示了主船詳細設
計的工時(由AT&L定義為“開發”)。
此外AT&L在船舶開發合同中發現的重要的UCA效應。UCA可以被認為是一個工作內容的指標，在設計的早期階段嵌入在基本的船舶設計中。在最近的國家造船研究計劃報告(NSRP, 2011)中，美國造船商總結了國外成功設計和造船實踐的印象。該報告指出，我國造船業認為造成造船成本增加但無法改變的許多差異。這些因素包括:早期的設計決定鎖定了密度(如早期DDG 51決定限制長度，從而導致高密度)，不斷增加的技術被添加到船舶上(通常增加了對空間、重量、功率和冷卻的需求)，通過自動化和低維護材料選擇來減少船舶人員配備等。NSRP 的報告特別提到了對美國海軍艦艇的大量批評，稱其總體布置糟糕(比如缺少甚至沒有像風扇室那樣的小隔間)，管道和通風系統的系統工程糟糕(比如低效和復雜的管道)。這些設計問題已經存在了很長一段時間，并且在幾十年來設計的一系列海軍艦艇中都存在(Keane & Tibbitts 2013)。它們與船舶密度和由此產生的復雜性直接相關。
展開 
新能源動力船舶是船舶設計新方向
在大幅降低船舶運輸企業運營成本的同時，更重要的是可以減少環境污染，具有非常明顯的社會效益和經濟效益。利用天然氣排放清潔的特點將實現航運船舶節能減排的目標，有力推動我國航運能源消費朝著綠色環保的方向發展。
國際海運組織創造了能效設計指數，如果不達到排放要求基線標準的傳播，可能就要面臨退出營運的危險。應該重點加強支撐船型開發的基礎共性技術和綠色、安全技術研究。由于所在區域對船舶排放要求日益嚴格，丹麥、挪威等北歐國家已經開始使用以LNG為燃料的渡船、滾裝船、海岸警備船、LNG船和平臺供應船。這說明，隨著全球范圍內對氣體排放要求越來越高，石油資源越來越少，節能呼聲越來越大，船東和港口方面的障礙也正逐步被清除。
因此，業內人士認為，一方面，應在船舶設計和建造方面加大創新力度，在主流船型優化和新船型開發中加入低碳概念，推進內河船舶向綠色環保轉變。例如在設計新船時考慮燃氣供應系統的布置，以及氣體燃料發動機的設計，以增強船舶續航能力。另一方面，國內船舶制造商也應積極參與到以LNG為燃料的高技術船舶的承造，用市場迫使自己技術升級，搶占氣體燃料動力船先機。此外，可以依據內河運輸的特性，研究建立船舶節能減排體系和標準，促使水路運輸企業制定能效管理計劃，以推進內河航運向“綠色”轉變。
作為清潔型能源，LNG的應用可以降低氮氧化物和二氧化碳的排放，而且LNG不含有硫和殘留物，也杜絕了硫化物和微小顆拉等其他有害物的排放。從經濟性上而言，經測算，1立方米LN G氣體近似于1到1.1公升(汽、柴)油。目前柴油均價6元/公升，天然氣按照4.5元/立方米計算，如果按照70%的替代率來算，一年大約節省19.23萬元。
但是這種環保的新材料，目前在推廣時卻存在一定的阻礙。首先是由于LNG燃料船的續航能力還較弱。
展開 船舶計算流體力學 (CFD) - 船舶設計與優化的頂尖仿真工具（免費領文檔）
下載我們有關船舶 CFD 仿真的專題報告。
船舶行業習慣于依賴船池比例模型進行船舶性能預測。盡管這種方法仍然有用，但仿真的興起，尤其是計算流體力學 (CFD) 的興起，也帶來了以數字化方式研究船舶行為的機會。這就開創了在真實的運行條件下以全尺寸預測船舶性能的方式。在本項專題報告中，我們將展示挪威船級社 (DNV-GL) 和美國船級社 (ABS) 這樣的行業領軍企業的工程師和船舶設計師如何使用 Simcenter 軟件進行船舶 CFD。
案例研究涉及的主題包括：
流體動力學仿真
空氣動力學分析
推進系統
數值船池
自動設計探索
流體動力學仿真為船池試驗提供了備選方案
在過去的一百多年里，人們一直使用船池來確定流體動力學性能。然而，制作船池模型并進行試驗，不僅成本高昂，而且格外耗時。這就意味著，船池試驗通常在設計周期后期執行。這些試驗用于驗證和調整已經確定的設計，而不是為早期設計選項出謀劃策。
CFD 仿真為船池試驗提供了新型備選方案。工程師們可以使用數值船池的虛擬模型，以數字化方式測試船舶性能。流體動力學仿真的設置和運行快速，因此能夠更早在設計流程中部署。這樣就可以提供工程數據，用于將設計推向不同的、更好的方向，開辟船舶設計創新之路。
專題報告包含多個案例研究，展示 CFD 仿真在各種場合的應用，包括船體的流體動力學優化以及螺旋槳裝置的建模，包括預測空化現象。這些研究顯示了快速進行設計評估的優勢所在，以及船舶可用的多種多物理場模型。
了解如何進行船舶設計優化
要想在船舶能效和創新的競賽中保持領先，工程師需要能夠快速地預測出設計更改對船舶實際性能所造成的影響。設計探索軟件依據用戶定義的要求對各種變型進行快速、自動化的評估，將 CFD 仿真推向新一層級。
展開 【船舶行業抽獎】精選50+本暢銷書籍，船舶設計人員必不要錯過的羊毛！
船舶行業精選實體書籍”（17選1）
涉及：海洋工程、動力系統、結構物強度、復合材料..等
2
熱門船舶應用書籍（14選1）
涉及：船體結構設計、流體力學、電力推薦系統、裝備材料..等
3
船舶行業暢銷書籍（19選1）
涉及：船舶汽輪機設計、船舶強度、動力裝置、艦船工程...等
4
技術鄰VIP月卡
精選600+視頻課程隨便看、專屬折扣、兌換技術鄰周邊...等
5
技術鄰8折課程優惠券
可適用于船舶分析，水動力，結構分析，船舶設計...等視頻課
6
船舶文獻/視頻/大廠...等電子資料合集
船舶CFD、船舶振動噪聲、船舶原理、汽輪機優化設計...等
7
更多資料推薦
視頻 | 船舶結構分析：結合模擬和測試數據實現真正的數字孿生
憑借本視頻可以了解如何將測試數據與結構仿真相結合，從而創建經過驗證、可靠且準確的數字孿生，從而幫助預測船舶的結構完整性。
觀看該視頻可以解決以下問題：
如何將船舶結構建模與仿真一體化呢？
如何確保船舶結構的完整性？
結構分析如何在組件和整船結構級別應用于海船設計？
如何通過測試數據確保初始模型可靠？
如何在船舶物理測試過程中克服實際限制？
如何在海上構筑物分析中將模擬和測試結合起來，實現真正的數字孿生？
如何在結構設計工程的背景下使用模擬和測試？
測試在海洋工業結構性能工程中的作用是什么？
如何激勵一艘船？都有哪些激勵力？
不同的激勵力，他會帶來不同的振動模式和共振頻率嗎？
展開 江南造船胡可一：從船舶設計手段變遷，看船舶工業的發展
在這飛速發展的歷程中，雖然造船能力設施的建設對船舶工業發展起到了強烈的助推作用，但設計手段的改善特別是計算機技術的應用也是非常重要的一個方面。
來源：中國船舶報
