ShipX

SINTEF har utviklet et program for numerisk beregning av skipsmotstand i stille vann og hastighetstap i bølger. Programmet krever et minimum av input, og egner seg derfor svært godt til bruk i den tidlige designfasen. Programmet er integrert i den hydrodynamiske arbeidsbenken ShipX.

Motivasjonen for å utvikle denne programvaren var å gjøre det mulig for ShipX-arbeidsbenkmiljøet å gi brukeren mulighet til å beregne ytelse i stille vann samt hastighetstap i bølger innenfor ett produkt. Begge disse funksjonene ble implementert i ShipX Ship Speed and Powering Plug-In. Modulen er basert på arbeidet bak SINTEF Ocean-produktene EmPower (stillevannmotstand og fremdrift) og Seaway (hastighetstap i bølger). I utviklingen av modulen har et raskt, brukervennlig og lettlært brukergrensesnitt vært noen av hovedfokusene, samt å unngå manuell redigering av inputdatafiler.

Stillevann

Stillevannsdelen av programmet er designet for å forutsi motstand og ytelse for konvensjonelle skip basert på SINTEF Oceans motstands- og fremdriftsdatabase, samt andre prognoseverktøy utviklet ved SINTEF Ocean. 

Følgende beregningsmetoder er tilgjengelige for motstands- og fremdriftsdata:

• Direkte input av restmotstand og fremdriftskoeffisienter fra modelltester eller beregninger
• Restmotstand og fremdriftskoeffisienter utledet fra søk i den integrerte databasen
• Restmotstand utledet fra et sammenligningsskip, hvor påvirkningen av Cr basert på forskjellen mellom det faktiske skipet og referanseskipet beregnes ved hjelp av en av de tre empiriske metodene beskrevet nedenfor.
• Holtrop 84-metoden.
• Modellmotstand basert på Hollenbach 98.
• Motstandsregresjon utledet fra SINTEF Ocean-databasen ved bruk av kunstig nevralt nettverk.
• Direkte inngang til motstandskurven.
• Diverse høyhastighets empiriske motstandsmetoder.

Skipets hastighet kan beregnes ved å bruke data fra standard propellserier, inkludert åpne- og dysepropeller, samt friprøvedata for åpent vann som enkelt kan leses inn i programmet.

Stillevannsdelen av modulen består i hovedsak av tre separate delprogrammer eller verktøy, som kan brukes separat eller kombinert for å skaffe informasjonen du trenger (se figuren nedenfor).   

Resultatdatabase 

En database med modelltestresultater av motstand og fremdriftsegenskaper kan inkluderes (lisensiert alternativ). Databasefunksjonaliteten inkluderer filtrering av fartøy med hensyn til ulike parameterområder, som fartøystyper, Lpp, L/B osv., for å velge et grunnlag for en ytelsesprognose for et lignende skip. I tillegg kan ulike rapporter og plott genereres basert på de filtrerte fartøyene. 

Plottmodulen i databasen inkluderer å plotte restmotstanden i en kurvetilpasningsverktøykasse, hvor et polynom for restmotstandskurve kan opprettes og modifiseres basert på de filtrerte dataene. Dette polynomet kan brukes i ytelsesprediksjonsdelen av programmet for å utføre ytelsesprediksjoner for et gitt sett med skipsdata. 

Ytelsesprognose  

I tillegg til resultatdatabasen finnes det også et ytelsesprediksjonsverktøy som kan brukes til å utføre ytelsesprediksjoner basert på Holtrops metode, Hollenbach98 metoden, en kunstig nevral nettverksregresjon (ANN) basert på SINTEF Ocean-databasen, eller ved å spesifisere motstands- og fremdriftsdata direkte. I sistnevnte tilfelle kan resultatdatabasen brukes til å finne nødvendige koeffisienter, som residuær motstand og gjennomsnittlige fremdriftskoeffisienter. 

Propelloptimalisering

Den tredje komponenten som er inkludert i stillevannsdelen av Plug-In, er en propelloptimaliseringsguide, hvor propelldiameter og/eller stigningsforhold kan optimaliseres basert på motorens og skipets egenskaper. Som et alternativ til propellguiden kan propellegenskapene i form av et åpent vann friprøvediagram legges inn. 

Sammen danner disse ulike delprogrammene et grunnlag for å gjennomføre fullstendige ytelsesprediksjoner for skip basert på empiriske og eksperimentelle data.

Fartstap

Bakgrunn

Når skipet møter bølger øker den totale motstanden og propellkraften avtar. Som et resultat kan skipet ikke opprettholde samme fremoverfart som i stille farvann.  Ufrivillig hastighetstap i bølger er et resultat av en endring i likevektspunktet mellom total skipsmotstand og propellkraft.

Komponenter til hastighetstapet inkluderer:

• Økt motstand i bølger (typisk resultat fra ShipX Vessel Responses-plug-in (Veres))
• Thrust-tap på grunn av skipets bevegelser i bølger 
• Vindmotstand

Input

Beregninger av hastighetstapet krever et relativt stort sett med inputdata. Motor- og propellegenskapene må være kjent, samt total motstand i stillevann og økt motstand i bølger. Hvis hastighetstapberegninger skal utføres for en irregulær sjøtilstand, kreves det input av bølgespekteret som definerer sjøtilstanden. Skipets bevegelser er nødvendige for å beregne reduksjon i skyvekraften i bølgene. 

Beregningen av skipets bevegelser og økt motstand i bølger gjøres i ShipX Vessel Responses-plug-in (Veres), og resultatene brukes som input i hastighetstapberegningen.

Bruk

Å kjøre beregningene tar fra noen sekunder opp til ett minutt, avhengig av datamaskinens hastighet og antall miljøforhold (sjøtilstander og bølgeretninger). Så snart beregningene er ferdige, er rapporter og plott tilgjengelig direkte fra ShipX. Rapporter og plott kan enkelt eksporteres til Microsoft Word eller pdf for rask og enkel rapportgenerering.