帆船
關注創建者：海工 創建時間：2022-04-13
帆船的實例教程
行業：船舶
挑戰：在預設的時間內開發出結構 優化的帆船，并且考慮沃爾沃 環球帆船賽挑戰的各種約束 條件。
Altair 解決方案：利用HyperWorks進行帆船相關 結構的有限元分析和優化實現 了強度、剛度、質量等性能最佳 化為目標的整體結構設計和多 級優化。
優點：在帆船多個重要的結構部件取得 10%的減重效果；縮短開發周期節約時間；在建造之前定義和優化結構
背景介紹
ABstructures 使用HyperWorks 系列CAE 軟件設計和優化沃爾沃環球帆船 賽獲獎帆船 Ericsson 4 的結構。
該帆船船長 Torben Grael 于 2009 年 7 月 27 日在俄羅斯圣彼得堡宣布取得 沃爾沃環球帆船賽的勝利。本次比賽歷時 8 個月，在最嚴苛的情況下環球航行了 37,000 海里。ABstructures 在 Ericsson 3 的開發中已經使用了仿真軟件 HyperWorks。在兩艘 Ericsson 帆船中廣泛使用 HyperWorks 進行碳纖維結構的 設計和優化。與 2004 年完成的沃爾沃環球帆船賽使用的老一代帆船相比，新一 代帆船的基礎結構得到了提升。通過將頂尖 CAE 技術和豐富的實踐經驗相結合 ABstructures 在世界各個區域發布了輕量化結構的最佳設計。
挑戰
在預設的時間內開發出結構優化的帆船，并且考慮沃爾沃環球帆船賽挑戰 的各種約束條件，例如沃爾沃 Open70 規則規定龍骨重量在 6.0-7.4 噸之間，游 艇的整體重量近 14 噸。
“沃爾沃 Open70 規則旨在制造快速單桅單龍骨船。要適合最高水平的長 距離海上競賽，安全和自足是最重要的。
展開 這種方法幫助賽隊生成了帆船的數字樣機，用于測試、評估和優化帆船性能，避免了成本高昂的物理風洞測試和拖曳水池測試。
新西蘭酋長隊賽事帆船 "Te Rehutai"號在水面滑翔（圖片來源：新西蘭酋長隊）
Ansys幫助賽隊改善帆船水面以上的空氣動力學性能和水面以下的流體動力學性能，測量帆船在不同航行條件下的行為方式。通過仿真驗證，帆船不僅能承受航行中的超強載荷，還最大程度降低了碳纖維復合材料的重量。此外，在Ansys的支持下賽隊將設計概念審核時間從6個月縮短至1周。
新西蘭酋長隊空氣動力學協調員Steve Collie表示：“雖然面臨極強的對手，但我們成功地在新西蘭衛冕美洲杯，我們為此感到欣喜萬分。Ansys仿真軟件一直是我們結構和空氣動力學研發的核心工具。通過使用Ansys仿真軟件運行無數次的仿真，我們準確預測出這些競技帆船的性能，然后持續優化和提升我們的參賽帆船 ‘Te Rehutai’號，仿真為我們的賽事保駕護航，這當然也持續到最后一場賽事。”
通過利用Ansys仿真軟件為賽隊提供流體仿真結果獲得帆船航行方式
新西蘭酋長隊在設計周期的早期就運用Ansys進行仿真，大幅優化其參賽帆船的性能。
新西蘭酋長隊專屬的Ansys渠道合作伙伴LEAP澳大利亞有限公司業務經理Nick Goodall指出：“在該賽事的物理測試受到限制的情況下，新西蘭酋長隊借助Ansys仿真技術開展全面的流體力學仿真和復合材料結構仿真，幫助他們迅速、可靠、且經濟地測試多種設計概念。能與新西蘭酋長隊建立長期合作是我們的榮幸，他們是我們國家全體工程師們的偶像。他們此次的成功衛冕證明仿真是創新的強大動力，幫助我們達成工程目標，帶來競爭優勢。
展開 這種方法幫助賽隊生成了帆船的數字樣機，用于測試、評估和優化帆船性能，避免了成本高昂的物理風洞測試和拖曳水池測試。
新西蘭酋長隊賽事帆船 "Te Rehutai"號在水面滑翔（圖片來源：新西蘭酋長隊）
Ansys幫助賽隊改善帆船水面以上的空氣動力學性能和水面以下的流體動力學性能，測量帆船在不同航行條件下的行為方式。通過仿真驗證，帆船不僅能承受航行中的超強載荷，還最大程度降低了碳纖維復合材料的重量。此外，在Ansys的支持下賽隊將設計概念審核時間從6個月縮短至1周。
新西蘭酋長隊空氣動力學協調員Steve Collie表示：“雖然面臨極強的對手，但我們成功地在新西蘭衛冕美洲杯，我們為此感到欣喜萬分。Ansys仿真軟件一直是我們結構和空氣動力學研發的核心工具。通過使用Ansys仿真軟件運行無數次的仿真，我們準確預測出這些競技帆船的性能，然后持續優化和提升我們的參賽帆船 ‘Te Rehutai’號，仿真為我們的賽事保駕護航，這當然也持續到最后一場賽事。”
通過利用Ansys仿真軟件為賽隊提供流體仿真結果獲得帆船航行方式
新西蘭酋長隊在設計周期的早期就運用Ansys進行仿真，大幅優化其參賽帆船的性能。
新西蘭酋長隊專屬的Ansys渠道合作伙伴LEAP澳大利亞有限公司業務經理Nick Goodall指出：“在該賽事的物理測試受到限制的情況下，新西蘭酋長隊借助Ansys仿真技術開展全面的流體力學仿真和復合材料結構仿真，幫助他們迅速、可靠、且經濟地測試多種設計概念。能與新西蘭酋長隊建立長期合作是我們的榮幸，他們是我們國家全體工程師們的偶像。他們此次的成功衛冕證明仿真是創新的強大動力，幫助我們達成工程目標，帶來競爭優勢。
展開 除此之外，還有很多元素在現代帆船里得以保留。
比如說方頂帆，四十年前的西方帆船是三角帆的，最近十年，他們才改成了方頂。因為他們發現上層的風是最好的風，越靠近水面的風，風力越低。而我們中式帆船很早就把上層的風用起來了。然后是全帆骨，西方的帆船從前就是一大塊布，最近這十幾年才開始在里頭增加帆骨。而我們中式帆，自古以來都是全帆骨的。
大家看見的這些圖片，從未在中國出版過，全都是在外國人的書本里頭出現的。
所以，中式帆是一個失傳的藝術。
這個照片是一個美國畫家在1923年畫的，另一張是一名英國海軍在中國拍的照片。因為這些記錄，我們現在才能看到我們曾經有這么漂亮的帆船。
2014年，我曾做過一項問卷調查，希望收集帆船上面每一個部件的名稱和每一種操作的說法，因為在西方帆船上，每一個小東西都有自己的名稱，中國的帆船肯定也有。
但是這個問卷收回來的是一些奇奇怪怪的答案，我才知道中式帆船原來是一個師徒手口相傳的文化。里頭還有當地的方言俚語，比如說，我們同一件東西，在不同的地方叫法都不一樣，很多字甚至沒法寫出來。中式帆船不像中式建筑，沒有遇到像梁思成這樣的大師去做整理，所以這方面的記載基本上空白一片。
80年代以后，很多生產商都改做柴油動力的帆船，不再用帆風動力。
所以大家看這個圖，60年代的船有帆，下面有插板，后面有舵，是一條很好的帆船，但是現在我們在海南看見的船呢，只有一個殼，雖然它還是木造的，但是只有一個殼。
沒有文字記錄的帆船技藝都在老師傅的腦袋里，
但是老師傅很多都已經七八十歲了。
展開 這種方法幫助賽隊生成了帆船的數字樣機，用于測試、評估和優化帆船性能，避免了成本高昂的物理風洞測試和拖曳水池測試。
新西蘭酋長隊賽事帆船 "Te Rehutai"號在水面滑翔（圖片來源：新西蘭酋長隊）
Ansys幫助賽隊改善帆船水面以上的空氣動力學性能和水面以下的流體動力學性能，測量帆船在不同航行條件下的行為方式。通過仿真驗證，帆船不僅能承受航行中的超強載荷，還最大程度降低了碳纖維復合材料的重量。此外，在Ansys的支持下賽隊將設計概念審核時間從6個月縮短至1周。
新西蘭酋長隊空氣動力學協調員Steve Collie表示：“雖然面臨極強的對手，但我們成功地在新西蘭衛冕美洲杯，我們為此感到欣喜萬分。Ansys仿真軟件一直是我們結構和空氣動力學研發的核心工具。通過使用Ansys仿真軟件運行無數次的仿真，我們準確預測出這些競技帆船的性能，然后持續優化和提升我們的參賽帆船 ‘Te Rehutai’號，仿真為我們的賽事保駕護航，這當然也持續到最后一場賽事。”
通過利用Ansys仿真軟件為賽隊提供流體仿真結果獲得帆船航行方式
新西蘭酋長隊在設計周期的早期就運用Ansys進行仿真，大幅優化其參賽帆船的性能。
新西蘭酋長隊專屬的Ansys渠道合作伙伴LEAP澳大利亞有限公司業務經理Nick Goodall指出：“在該賽事的物理測試受到限制的情況下，新西蘭酋長隊借助Ansys仿真技術開展全面的流體力學仿真和復合材料結構仿真，幫助他們迅速、可靠、且經濟地測試多種設計概念。能與新西蘭酋長隊建立長期合作是我們的榮幸，他們是我們國家全體工程師們的偶像。他們此次的成功衛冕證明仿真是創新的強大動力，幫助我們達成工程目標，帶來競爭優勢。
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帆船的最新內容
案例二：海洋工程—— Luna Rossa美洲杯帆船復合材料部件優化。作為美洲杯帆船賽的常客，Luna Rossa團隊在新型帆船研發中，需要在保證結構強度的前提下實現船體輕量化。借助Multiscale Designer，團隊完成了連續纖維增強復合材料船體部件的多尺度建模，通過正向建模方法優化纖維鋪層方向與含量，并將仿真模型直接導入OptiStruct進行結構優化。
本案例基于Fluent深度還原帆船航行場景，攻克兩大技術壁壘：動網格技術精準模擬船體運動導致的網格拓撲變化，避免因劇烈變形導致的求解發散；多相流VOF模型精確捕捉船體-波浪-空氣的交互細節，如興波阻力、飛濺流場及尾部渦旋，需平衡相間界面捕捉精度與計算穩定性。
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當空氣流經涵道風扇唇口的凸起表面，會產生低壓區，和飛機機翼升力及帆船動力原理類似，理論解釋可以看這期視頻。此低壓區相當于對唇口產生了向上的“吸力”，在不增加功率的前提下，提高了涵道風扇的升力，那么進而它是否可以迫使更多的空氣流到風扇里，增流量呢？
如果行，我的吹風機豈不是有救了？于是，我建了涵道的三維模型，用AICFD軟件做了流體仿真。
前面我去學了帆船，講了逆風行駛的原理，然后就有網友建議我嘗試和講解一下沖浪。我想南京也沒有海，浪該怎么沖呢。
于是，我來了！原來沖浪并不一定要有大海，比如尾波沖浪。我站在沒有動力的沖浪板上，即使松開了牽引繩，卻依然還能持續跟著船往前跑，哪來的動力呢？
仔細觀察這個畫面，不難發現沖浪板是以接近水平的姿態，被我踩在浪形成的斜坡上，受力點主要在板的后半部分。
帆船靠風駛動，為什么卻能逆風航行，且航速甚至能超過風速呢？今天我們研究一下帆船。帆船行駛方向和風速的關系大概分為如圖幾種情況，順風而行，風吹而動好理解，暫不作解釋，咱們看逆風，或者叫迎風的情況。
帆被風吹起后，表面是凸起的，受力原理和飛機的機翼類似。網上幾乎所有對船帆受力的解釋都是一句伯努利原理，凸面流速大，壓強就小。雖然現象確實如此，但這樣解釋并不太合適。
無論您是美洲杯帆船賽還是旺代環球帆船賽活動或正在努力減少阻力并提高船舶的推進效率，您可以相信我們的自動化功能能夠準確、快速地提供最佳結果。
文章來源：cadence博客
最炫酷的是，使用 Fidelity CFD 設計的帆船還在美洲杯帆船賽上拔得頭籌。Cadence CFD 解決方案提供了多學科技術，幫助帆船設計團隊分析和模擬真實場景，使他們能夠在樣船首次下水之前就能確定最佳設計方案，最大程度提升其性能。幫助參賽的船只在比賽中占據領先地位。
Cadence 致力于通過長期在計算軟件方面的核心競爭力來推動系統創新。
在另一項全球頂級航海賽事——美洲杯帆船賽中，日前也有包括衛冕冠軍新西蘭酋長隊在內的三支參賽隊伍宣布選擇 Fidelity CFD 用于提升其比賽船只的航行性能，新西蘭酋長隊曾在 2013 年以突破性的水翼技術一舉奪冠，船體下方的水翼由于可以抬升船體，減小浸潤面積，大幅提高水動力效率，業已成為各支隊伍競爭的技術熱點，四冠王新西蘭酋長隊與 Cadence 的攜手，足以反映出后者在 CFD 軟件領域的技術實力
