帆船的案例
HyperWorks 幫助開發 2009 沃爾沃環球帆船賽獲獎帆船
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 Ansys仿真技術助力新西蘭酋長隊成功衛冕美洲杯帆船賽
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 如果中式木帆船文化滅絕，不是社會沒有需求，而是不給它空間
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 Ansys仿真技術助力新西蘭酋長隊成功衛冕美洲杯帆船賽
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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Ansys仿真技術助力新西蘭酋長隊成功衛冕美洲杯帆船賽
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 利用HyperWorks進行帆船碳纖維復合材料內飾頂板優化設計
背景介紹
無論是專業級還是休閑型帆船產業在工程角度來說都是一個有趣的領域。尤其 是在世界級最具挑戰的環境下使用的高性能帆船相對于休閑型帆船，更需要高水平 的工程設計。在60級帆船中，帆船通常都是“獨一無二”量身定制的產品。大多數 的組件都是為某艘特定的帆船單獨設計和生產的，而且不會批量生產，因此每一艘 帆船都可以看作是一個原型，通過工程師豐富的工程經驗實現帆船性能的最大化。
為了成功生產和制造一艘帆船，并且達到AlexThomson這次單人環球航海賽 （VendéeGlobe）的要求，設計員和工程師必須保證首次設計的正確性，因為沒有過多的精力和時間用來修改。帆船必須在輕盈的同時保證足夠結實，而且速度要快，至少和競賽中速度一樣，當然越快越好。帆船的穩定性要好、船身結實和安全性高，并且它的設計能夠有效地幫助帆船在水面穿行時進行加速。
為了達到這些嚴格標準，當今帆船的建造幾乎都采用復合材料，以保證重量、強度和適用性這些優勢。然而，了解如何最高效地利用這些材料需要復合材料領域內豐富的知識和經驗，以及相關行業，如賽車行業多年的磨練。
為了充分利用復合材料的優勢，加快實現帆船設計過程的優化，賽艇設計員使用虛擬開發方法進行設計、分析、優化和測試，然后再生產。這種方法能夠節省時間和金錢，而且減少船行在水上的壓力。
關于AlexThomson
AlexThomson是目前環球帆船賽事最為年輕的冠軍，曾獲得1998/99年克利伯環游世界帆船賽的冠軍；目前他仍保持著這一賽事記錄。之后，Alex的目標是成為首個贏得法國旺底不靠岸單人環球航海賽（VendéeGlobe）冠軍的英國帆船選手。
展開 帆船為何能逆風行駛，甚至超過風速？
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。你是否想過凸面流速為什么大呢？有個經典錯誤是等時論，實驗已證偽，就不細說了。那么怎么解釋合適呢？
其實流速可以理解為是結果而不是原因，由于此處壓強小了，壓差推動流體加速，才使流速變大的。
那么這里壓強為什么小了呢？由于科恩達效應，流體有粘性，假設一開始氣流是直的，流動時會把和壁面之間這部分靜止的氣體不斷帶走，由于壁面阻擋，此處得不到空氣補充，壓強自然降低，而遠處是大氣壓，那么壓差就使氣流就逐步向壁面靠攏，形成弧線運動，同時壓差減小，當壓差和弧線運動的離心力相等時，達到平衡，形成穩定的低壓區。
為了更直觀地看一下帆的受力方向，用AICFD軟件做了仿真。風以5米每秒吹過帆面，計算后，可以看到空氣沿帆的凸面流動，帆受到的力并不是風速方向，而是與帆近似垂直。
當然前提是帆一定要展開凸起，如果帆順著風，比如這樣，沒有被吹凸起，這個力就不存在了。
所以帆凸起時，只要調整帆和船的角度，讓帆受的力在船頭的方向有分量，船就向前方走了，那么另一個分量呢？會不會讓船橫移呢？
奧秘就在這，帆船底部，有個穩向板，插到水里，就能防止船橫向移動。
所以船就只能向船頭的方向運動了，走一段后，我們調整船向，走之字折線，就實現逆風而行了。那么之字行駛的角度多少合適呢？是這樣，還是這樣？
展開 復合材料帆船無人機 | 海洋探測數據收集神器
盡管大多數情況下無人機這個術語已經成為飛行機器的代名詞，但由Saildrone（美國加利福尼亞州阿拉米達）設計和制造的帆船無人機已經準備取代現在聚集的昂貴（和載人）研究船和固定浮標系統海洋數據。（來源：CompositesWorld）
帆船復合材料船體結構優化設計(新)
此例通過優化帆船船體7大主要部位的復合材料纖維走向角（fiber orientation angles），總計21個設計參數，降低帆船內部和船肋框體-船底（frame-floor）的最大應力值,內部應力值經可能小，優化策略；DOE random，64個體，MOGA，20代進化。
認識航海項目——航海模型
FNSS-D級 具有多船體和特殊的多個推進器的帆船模型。
本文來自：貴州省模型運動協會
Fluent帆船航行仿真全攻略：動網格×多相流案例教學包（含源文件+全程操作講解視頻） ￥150
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。案例完整提供參數化cas文件、dat文件和高適配性網格及逐幀講解視頻，手把手演示動網格參數設置、多相流收斂技巧與瞬態結果診斷，直擊仿真痛點，助您繞過數月試錯周期！無論是科研攻關、工程優化還是教學實踐，本案例均為不可多得的實戰資源，購買即享“開箱即用”的高效學習體驗，讓復雜仿真難題迎刃而解！
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新能源動力船舶是船舶設計新方向
風能推動船舶
進入20世紀后，以風為動力的帆船因為不可靠而被視為落伍。國際海事組織（IMO）的數據顯示，國際貿易中約87%的業務都由航運業主導。聯合國最新的數據表明，航運業應為全球二氧化碳總排放量的4%負責。據國外媒體報道，2003年，出于對環境惡化以及日益高漲的油價的擔憂，英國最大的風力發電商B9能源公司研制出一種新式帆船，其擁有長長的船身、高聳的桅桿以及昂貴的帆篷，外形酷似從19世紀海上飄來的縱帆船。但其配備了一系列高新科技，研發人員試圖用它減少航運業的二氧化碳排放，還海洋一片純凈的藍色。
這種新式帆船只是B9能源公司研發出的碳中性、風能驅動“帆篷船”艦隊中的一員大將。該公司正試圖向老式帆船取經，生產出新式帆船以替代現今消耗大量化石燃料、運送全球貨物的船只。
B9公司宣稱，這種帆船將是首個利用可替代能源的商用船只，他們預計這種完全碳中性的帆船將于2012年開始量產，這標志著全球貿易或許重新回歸到更加傳統的商業運輸形式––在柴油提供動力的鐵船統治海洋之前，國際貿易主要依靠巨大的木質帆船。
這種新式帆船擁有自動化的、能夠對風中微小變化做出調整以便讓推力最大化的船帆。這種新式帆船也會利用“天帆”技術––一種類似于風箏的先進系統，該技術目前廣泛應用于很多船只上，可提高燃油效率。另外，生物燃油提供動力的引擎在風力不足時也會“挺身而出”。
B9能源公司主席戴維·薩普拉斯表示，大多數人都認為，石油遲早會被用光。因此，有必要生產出使用可再生能源的新式船只。
薩普拉斯表示，配備了這些技術的新式帆船能攜帶9000噸重的貨物。該帆船最初可能僅僅在歐洲，尤其是北海和波羅的海上航行，因為這些海面的風力非常給力。他還補充道，目前約有1500艘同樣大小的化石燃料驅動的船舶行駛在這些海面的航線上，這些船舶將最終被新式帆船取代。
展開 靠風力就能行駛的車
感覺像是帆船一樣，靠風吹動船向前航行，那么靠風能不能驅動車輛行駛呢？網上很多人都有這樣的概念，說在汽車頭加個風力發電機，發出的電給電動車充電使用，這種違反能量守恒定律的事能實現嗎？
我們來看看靠風力就能行駛的車是什么樣的吧。
首先它有一個巨大的螺旋槳，且僅能坐一個人，為了減輕整車重量，車體都為塑料3D打印而成，車體強度可想而知，至于行駛速度嘛，那就取決于風大風小了
讓我們來看看風能車的行駛視頻，會有更直觀的感受。
它需要非常開闊和平坦的地面來行駛，否則這么大的螺旋槳很容易就和其他物體碰撞了，而且整車要越輕越好，否則則需要更大的螺旋槳才能推動它。
那么大螺旋槳的車可以比風速跑得更快嗎？我們來看看帆船比風更快的原理。
帆船是和風的方向相切行駛的，不走直線而拐著彎航行的。
那么靠風來行駛的車輛當然也是和帆船一樣的原理，通過螺旋槳的槳葉和風相切，得到更快地向前的風力。
僅靠風就能行駛的車當然有很大的使用局限，但通過了解也可以學習到知識，當然也會給研發或創意帶來更多的靈感和思路。
展開 使用 Numeca 進行水翼設計在海洋工業中掀起波瀾
TF10 箔的早期候選設計的自由表面高程
TF10 箔的早期候選設計的水下壓力視圖
TF10 三體船的目標是讓所有水手都能使用美洲杯帆船賽的帆船技術。TF10 的水翼設計為根據航行條件放下或縮回。然而，為了簡化操作，水手們可以在 TF10 中航行一整天，而不必收回水翼。
至于 SuperFoiler，這個 Morrelli & Melvin 項目的特點是高科技設計應用于創建一個不符合任何現有幾何形狀的容器。SuperFoiler 是一艘“單一設計的船”，這意味著它是 2018 年 SuperFoiler 大獎賽中唯一使用的設計。六支隊伍將每人駕駛一艘設計相同的船只參賽，船員的技能將決定獲勝者。
Morrelli & Melvin 是 SuperFoiler Grand Prix 的重要合作伙伴。根據 Bloxom 的說法，“我們是 SuperFoiler 的主要設計師/工程師，從流體動力學到結構復合材料設計，并與鉆機和帆船制造商合作制定航行計劃。”
大型箔水力矩陣和初始流固耦合在 3D 提升線工具中運行，結果通過 Numeca FINE 進行驗證/Marine 在較少的點數上運行。
SuperFoiler 側視圖自由表面高度和箔壓力
SuperFoiler 前視圖自由表面高度和箔壓力
固定點 VPP 船體水動力和力矩輸入矩陣運行用于微風非水翼性能分析
本文中提到：
Morrelli & Melvin, Design & Engineering, Inc. 25 年來一直處于高性能多體船和水翼技術的前沿。他們在設計創意、可靠、安全、節能、有趣和快速的游艇方面有著良好的記錄，并在最高競爭水平上取得成功，包括美洲杯、環球和跨大西洋航行記錄、奧林匹克級雙體船、眾多世界和大陸錦標賽設計。
展開 CFD在體育行業的應用現狀及未來方向
在國內CFD在體育領域的應用較為前沿的是武漢體育學院鄭偉濤、馬勇團隊在蹼泳板“仿生”推進器、賽艇皮劃艇、帆船帆板帆翼數值模擬研究，促進我國多項體育比賽項目的快速提升，實現了成績不斷刷新，金牌不斷突破。體育行業CFD仿真技術的應用不斷被體育界所認知和接受，促進了我國體育行業的快速發展。
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CFD在體育行業的應用方向（客戶目前已經有研究成果的列表）
1帆船風帆空氣動力性能
起航調帆策略研究
不同翼型對于風帆空氣動力性能影響規律
繞標換弦風帆運動規律
風帆攻角、扣角預計與人相對位置的參數影響規律
470級帆船雙帆干擾
帆船、帆翼空氣動力性能的數值模擬
運用FLUENT軟件可以對帆船的風帆受力及空氣外流場進行數值模擬分析，通過研究風帆的空氣動力性能規律，得到風帆與船體的最佳配合方案，為調帆轉弦、繞標技戰術分析、和不同海況下調帆策略研究提供科學依據，為國家帆船隊的技術改進提供理論指導。
2賽艇皮劃艇水動力性能
皮劃艇水動力性能
槳葉推進性能
柔性槳葉水動性能
賽艇與槳葉干擾
賽艇皮劃艇興波阻力預報
多人配艇方案研究
通過FLUENT軟件對賽艇、船艇和槳葉進行數值模擬，可以得到各種參數如槳葉的浸水深度、拉槳幅度、傾角、頻率等因素對拉槳性能的影響，研究槳、艇干擾得到最佳的槳、艇配合間距，為運動員劃槳技戰術的研究提供參考依據。
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