Cadence Fidelity：旧拖车坦克的新花样

小时候，我们喜欢制作纸船，看着它们沿着水道漂浮，在雨季，水洼就是我们的船漂浮的水盆。纸船的品牌或设计决定了它能承受多长时间或多少自然力。同样，通过将船舶模型拖入巨大的水池中，造船工程师可以识别并理解影响船舶适航、操纵和破冰能力的不同因素。

拖曳水池或实验池

传统的拖曳水池是数百米长的大型水池或游泳池形状的实验设施。这些拖曳水箱推动了船舶设计科学的发展，为了解不同海水条件下的船舶流体动力学提供了见解。测试船舶设计的基本做法是使用拖曳机构将模型拖入水箱中，并测量在此过程中模型上的力。早在 1870 年，威廉·弗劳德 (William Froude) 就感到需要拖曳水箱来研究和预测船舶阻力；这为先进的拖曳水箱打开了大门，目前船舶工业中的造船工程师广泛使用这种拖曳水箱。

为了获得准确的测量结果，牵引水箱必须建在气候控制的建筑物内，因为轻微的温度变化可能会影响结果。用于拖曳船舶的拖车是一个大型可移动平台，横跨坦克，上面装有传感器，可以容纳一些密切研究船舶设计结果的科学家。被拖曳的模型通常放置在车厢的中间。用于研究船舶流体动力学的拖曳水池就像用于车辆空气动力学测试的风洞。

船舶功率预测需要进行三项测试， 分别是：

• 静水阻力测试：该测试有助于确定船舶设计速度所需的阻力。在该测试中，船舶以不同的速度（至少五种不同的速度）被拖入水箱中，并记录船舶上各自的力的测量结果。通常需要放大全尺寸模型的测量。该测试是船舶建造合同的核心，如果承包商不满足规定的速度要求，他们将受到处罚。

• 开放水域螺旋桨分析：该测试用于测试螺旋桨性能。在这里，螺旋桨以 20 RPS 的速度进行测试，测功机以不同的速度运行。牵引水箱对于螺旋桨测试不是必需的。也可以在较小的水盆中进行测试。对于用测功机设置在不同速度下拖入水箱的螺旋桨，记录扭矩和转速的精确测量值。在不同的螺旋桨速度下，可以绘制测功机相应的速度图表，以研究螺旋桨的性能。

• 自推进测试：与开放水域螺旋桨分析不同，这里螺旋桨的效率取决于船的速度。当螺旋桨放置在船后时，螺旋桨的行为会略有变化（与开放水域螺旋桨测试获得的结果相比）。测试时，模型船内部安装测功机和电机，并以固定速度拖入水箱。经过一个点后，拖车就不再有阻力，这个无阻力中性点有助于计算螺旋桨效率。

先进的拖车坦克

尽管拖曳水箱最初是为单一测试目的而设计的，即船舶阻力测试，但随着船舶设计的不断进步，人们认识到对先进拖曳水箱的需求。如今，拖车可以执行一系列细致的测试，通过安装在拖车上的昂贵且先进的数据采集系统，提供接近现实海洋场景的测量结果。三项先进的拖曳水池测试包括：

• 耐波性测试：其中一项进步是向拖曳水池添加波浪（使用波浪发生器）。不是常规的波浪，而是不同波浪类型的组合，以创建逼真的图案。可以测量船舶对这些波浪的响应。这些测量有助于分析所需的发动机功率、乘客舒适度的船舶设计（防止晕船）以及有效保持适航性的其他措施。一个限制是拖曳水箱仅适用于船首波。

• 操纵系数测试：该测试为不同船体类型提供精确的操纵系数，从而回答哪种舵设计与船体模型完美匹配以实现最佳操纵。托架上的平面运动机构 (PMM)在将船体向下移动到坦克时左右摇摆船体，从而记录在此过程中施加的所有力。这种左右运动有助于得出准确的操纵系数。

• 破冰测试：在该测试中，制作一块特定厚度的冰块，并由专门的拖车将其拖入水箱中。这种测试可能非常昂贵，因为在前一个冰被破坏后需要创建新的冰。该测试有助于记录破冰所需的功率以及船舶破冰时的速度。

虚拟拖车坦克

Cadence Fidelity Marine CFD仿真包含专用的虚拟造船和船舶设计工具，充当虚拟拖曳水箱，提供易于使用、可扩展、高度自动化的优化流程和无与伦比的自由表面建模。通过我们专门的工作流程和团队，解决并优化您设计中的推进、阻力、耐波性、风研究和操纵。使用 Cadence CFD 解决方案，让自己获得最高的准确性和效率。

由于不断变化的海洋、运输、装载和竞赛条件影响船舶设计性能，可能需要数百甚至数千次模拟运行才能最终确定设计并对结果的准确性充满信心。因此，自动化对于在不影响结果准确性的情况下最大限度地缩短周转时间至关重要。我们的解决方案具有低弗劳德数和高弗劳德数阻力、适航性、（自）推进、纵倾优化、开放水域螺旋桨以及船舶 CFD 分析的许多其他方面的自动化。我们的海军工程师团队与客户密切合作，创建专用的自动化工作流程。无论您是美洲杯帆船赛还是旺代环球帆船赛活动或正在努力减少阻力并提高船舶的推进效率，您可以相信我们的自动化功能能够准确、快速地提供最佳结果。

文章来源：cadence博客