为了满足日益增长的减少能源消耗的需求和最大限度地减少碳排放的迫切需要，众多节能和尖端技术理念的发展激增。
寻找替代推进方法的紧迫性需要创新方法，而风力辅助推进有望引领这一变革。它植根于古代航海实践，成为脱碳之旅的关键推动者，具有多种类型，如旋翼帆、风筝、吸力翼和刚性帆。
根据《巴黎协定》中概述的目标，国际海事组织 (IMO) 的目标是到 2030 年实现年度温室气体 (GHG) 排放总量比 2008 年记录的水平至少减少 40%。
Jean Benoit 在另一篇博客文章中详细介绍了海上风力辅助推进的回归。
IMO 最近接受 CFD 作为可靠的计算方法。今年 1 月，船舶工业主要船级社之一必维国际检验集团 (Bureau Veritas) 发布了风力推进系统 – NR206 R02规则：
“[4.2.1]中定义的风力推进系统运行条件产生的风力应通过计算流体动力学计算（CFD）、风洞试验或通过使本船级社满意的等效计算方法推导出来。 ”。
达索系统已成为在造船和海洋环境中实施数字技术的关键力量。我们的重点在于整合风力辅助推进系统，作为通过对现有船舶进行风帆改造来减少燃料消耗的最可持续的解决方案。
风力辅助船舶推进 (WASP) 的优点
通过利用风力推进辅助技术，海运业可以应对环境挑战，提高运营效率，并为全球航运业打造更加可持续的未来做出贡献。
这种创新方法作为一种免费且可持续的能源，消除了对储能电池的需求。此外，该技术使船舶能够在减少燃料使用的情况下行驶更远的距离，从而进一步节省成本。
方法论和工作流程
该工作流程重点介绍了通过参数化 CAD 设计对孤立帆几何结构进行顺序流固耦合 (FSI) 优化模拟。这一过程的民主化在3D EXPERIENCE 平台上得以扩展，从而能够将高保真模拟方法转移到更早的阶段。
初始阶段涉及生成参数化 CAD 几何形状，其中精确定义外部和内部配置。这包括指定细节，例如翼肋和翼梁的数量和尺寸。整个船体，包括上层建筑和起重机等元件，也在这个阶段建立。此外，设计中涉及的所有材料属性都在此阶段明确概述。
在此过程中，一旦创建了参数化 CAD，设计人员就会通过 3D EXPERIENCE 平台上的 CFD 流体模拟，从孤立帆的稳定空气动力学性能开始计算顺序 FSI。这是单相稳态 NS 模拟，将其设置为流速并提取为主要 KPI，以及沿帆的压力分布。该区域映射将自动用作连续 FSI 结构模拟的输入。
随后，对孤立帆进行结构仿真。所有内部连接都在此步骤中定义。这种静态和隐式结构模拟也在3D EXPERIENCE 平台上完成，获得主要 KPI：应力和变形。
如果未满足设计目标，设计人员可以使用优化和近似模型定义替代方案，迭代几何形状的外部形状或尺寸以改善空气动力学，或改变覆盖材料或厚度以提高结构完整性。
如果满足设计目标，则第一个循环结束。
为了处理货船上可用的有限甲板空间，该工作流程的第二个循环用于优化帆的放置及其安装。该系统仿真提供了基于LBM的高精度非定常VLES CFD，其中根据工程师设置的罗盘来分析货船上的横流和帆的影响。这使我们能够定义甲板上的正确位置并比较不同的配置，例如 1 vs 4 帆：
这种顺序协同仿真可以使用3D EXPERIENCE 平台上的自动化 Process Composer 进行优化，其中设计人员定义 KPI 以最大化和最小化，并且算法自动对几何体执行迭代。
客户评价
“借助SIMULIA和3D EXPERIENCE 平台，我们获得了出色的渲染效果，显示了称为流线的流线，说明了三体船周围的变形空气，”Antoine Gautier 描述道。“我们拥有高质量的图像，使我们能够识别创建路径的点。这些视觉模拟非常有用且可靠。因此，我们发现了尚未识别的条纹，特别是在后臂周围，这导致我们修改了整流罩的几何形状。”
“感谢 SIMULIA 和达索系统的专家，我们能够显着改善船的空气动力学性能，我希望这将带来卓越的水上性能提升，”Antoine Gautier 说道。“在整合了三体船上测试的所有元素后，我们应该将空气动力阻力提高 70%。这是我们能够取得如此进展的唯一领域。”
