Уже более 25 лет программный продукт FlowVision успешно используется в России для решения сложных инженерных задач в области вычислительной аэро-гидродинамики. В последние несколько лет FlowVision стал все более активно применяться в судостроении, несмотря на известный консерватизм судостроительной отрасли.
Уже сейчас можно говорить о накопленном опыте применения FlowVision в проектировании новых судов. Основные виды расчетов, проведенных в FlowVision для нужд судостроения – это расчеты гидродинамического сопротивления корпусов проектируемых судов. Актуальность и целесообразность таких расчетов обычно возникает в двух случаях. Случай первый – это проектирование новых судов, для которых трудно подобрать прототип. К таким судам относятся некоторые ледоколы и суда с высоким арктическим классом, а также суда с нечасто применяемой геометрией корпуса. Второй случай возникает, когда необходимо оптимизировать геометрию корпуса судна, например при недостижении заданных требований по скорости хода. В настоящее время расчеты гидродинамического сопротивления и другие расчеты, выполняемые в программном продукте FlowVision используются в проектной работе АО "Невское ПКБ, АО ЦКБ МТ "Рубин", АО СП МБМ "Малахит" и в других судостроительных организациях.
Практика расчетов гидродинамических сопротивлений не исключает использование модельных испытаний, но сокращает число испытаний до минимума, по существу, отводя роль испытаниям в бассейне только как проверочному действию.
Рисунки 1, 2 иллюстрируют результаты расчетов гидродинамических сопротивлений разных корпусов на тихой воде.
Рис 1. Волнообразование полнообводного корпуса / Фото: ООО "Тесис"
Рис. 2. Волнообразование буксира. / Фото: ООО "Тесис"
Дальнейшее развитие расчетов гидродинамических сопротивлений неизбежно приводит к расчетам движения судна на волнении с различным углом бега волн к курсу судна, к расчетам управляемости, к расчетам поведения судна в аварийных ситуациях, например, при затоплении отсека.
Рисунок 3 иллюстрирует результаты расчета движения судна на волнении.
Рис. 3 Мореходность. Волна под 45 градусов к курсу / Фото: ООО "Тесис"
Нельзя не сказать о возможности FlowVision в расчетах гребных винтов. Такие задачи вполне решаемы, но требуют аккуратности в постановке и серьезных ресурсов. Полезность таких расчетов состоит в возможности получения кривых действия для конкретного корпуса на базе типовых винтов. То есть, речь идет не о расчетном проектировании винта, хотя это безусловно возможно, а о расчете влияния кормовой оконечности на действие гребного винта. Если расчет гидродинамического сопротивления корпуса еще можно провести на хорошей офисной машине, то для расчета кривых действия потребуется более мощная рабочая станция или вычислительный сервер. Кроме расчета кривых действия может оказаться полезным прямое моделирование движения судна с работающим винтом. Это моделирование самохода, это моделирование выхода движущихся подводных аппаратов, это моделирование перехода с полного вперед на полный назад.
Другое важное направление вычислительной гидродинамики, которыми сейчас активно интересуются судостроительные КБ – это проектные расчеты гидро и пневмосистем. Из последних наиболее известна система вентиляции судна. Эта область расчетов сейчас находится в стадии активной разработки. Тем не менее, уже сейчас проводятся расчеты конструкции отдельных клапанов и других элементов арматуры с помощью FlowVision.
Возвращаясь к тематике гидродинамики корпуса, нужно отметить еще одно важное направление, развиваемое в ТЕСИС. Речь идет о ледопроходимости. Это достаточно сложная задача состоит из нескольких подзадач, решение каждой из которых имеет практическое значение. Одна подзадача – это моделирование движения судна через битый лед, представляющий собой множество мелких фракций, часто называемый шуга. В этом случае судно движется в двух средах – в воле и в шуге. Вторая подзадача – это моделирование движения судна в условиях скопления некрупных льдин, моделируемых как свободно плавающие тела. Более крупные льдины при контакте с корпусом могут ломаться, более мелкие, не разрушаясь, двигаются контактируя с корпусом и другими льдинами. Следующая подзадача – движение судна через ледяное поле, которое разрушаясь превращается в битый лед. И, наверное, самая сложная задача – моделирование преодоления торосов. ТЕСИС сейчас инициативным образом разрабатывает методику расчета второй подзадачи, движения судна через битый крупный лед.
Интересен класс задач с гибкими элементами, где изгиб элементов под действием гидродинамических сил влияет на сам гидродинамический поток. Методика решения таких сильно связанных задач отработана на примерах связи FlowVision c Abaqus, с АПМ и с собственным пакетом конечно-элементного анализа.
Рисунок 4 иллюстрирует движение объекта с плавниковым движителем.
Рис. 4 Плавниковый движитель / Фото: ООО "Тесис"
Класс задач с быстро двигающимися подводными объектами характерен моделированием хорошо развитой каверны искусственного или естественного происхождения. Развитая функциональность поддержки свободной поверхности позволяет проводить моделирование каверн в режиме суперкавитации. Эта техника позволяет моделировать движение тел с большой скоростью в водной среде, движение корпусов с нагнетаемой искусственной каверной.
Важно обозначить еще одно направление, развиваемое ТЕСИС. Как известно, задачи вычислительной гидродинамики достаточно сложны и требуют высокой квалификации инженера-расчетчика. Такая квалификация достигается за несколько лет интенсивной учебы и работы, и не все предприятия готовы потратить ресурсы на достижение высокой квалификации нескольких своих сотрудников. Есть два выхода из этой ситуации. Первый общеизвестный – активно использовать аутсорсинг для выполнения нечастых, но сложных расчетов. Второй – разработка и внедрение в расчетную практику верифицированных расчетных методик с жестким алгоритмом расчета. Наиболее удобным будет случай полной автоматизации расчетной методики, когда ей может воспользоваться не профессиональный расчетчик, а инженер-конструктор.
Такая автоматизированная расчетная методика имеет минимальный простой интерфейс, ориентирована на узкий специализированный класс задач и гарантирует достижение приемлемого по точности результата. Для задач гидродинамики корпуса судна ТЕСИС предлагает такую автоматизированную методику под условным названием Виртуальный Опытовый Бассейн (ВОБ). Сейчас такая методика успешно справляется с расчетами гидродинамического сопротивления корпуса судна, в дальнейшем ее функционал расширится. Для запуска расчета в ВОБ достаточно ввести геометрию корпуса судна, задать ватерлинию, центровку и выбрать скорости движения. Расчет завершится при достижении сходимости или по команде пользователя. ВОБ прошел первичное тестирование в ТЕСИС и предлагается заинтересованным предприятиям для бета-тестирования.
Среди ближайших планов по развитию FlowVision разработка удобного и эффективного подхода к решения сильно связанных задач (FSI), решение класса гидроакустических задач, задачи моделирования фазовых переходов и, по существу, плавное превращение FlowVision из чистого CFD продукта в мульти физическую платформу для решения широкого круга задач механики сплошных сред.
Инжиниринговая компания ТЕСИС, разработчик и правообладатель ПО FlowVision, успешно сотрудничает с ведущими разработчиками современной наукоемкой техники и будет рада расширению конструктивных контактов.
