Perfekcyjna symulacja 3D. Sunreef Yachts projektuje z aplikacjami Dassault Systèmes

Wysokospecjalistyczna symulacja, jaką umożliwia aplikacja Dassault Systèmes pozwala inżynierom na szybkie przeglądanie niemal nieskończonych wariantów architektury kadłuba i optymalizowanie łodzi pod kątem wydajności paliwowej, dzielności morskiej i osiągów w różnych warunkach morskich.

Odpowiedź na nową filozofię yachtingu

Stworzenie firmy produkującej luksusowe katamarany, której wizja zakłada, że elementy takie jak przestrzeń wypoczynkowa, wysokiej jakości materiały i ergonomia są dla wielu klientów bardziej pożądane niż prędkość i moc jednostki, było niewątpliwie ryzykowne. Francis Lapp, założyciel Sunreef Yachts, był jednak przekonany, że takie łodzie, oprócz bardziej tradycyjnych jachtów, również znajdą swoje miejsce na rynku. – Kiedy w 2002 r. założyłem firmę Sunreef Yachts, prywatne luksusowe katamarany praktycznie nie istniały. Czułem jednak, że preferencje klientów się zmieniają. Wielu właścicieli jachtów wybiera Sunreef, a tym samym decyduje się przesiąść z jednostki jednokadłubowej na katamaran, ponieważ katamarany jako dwukadłubowce są bardziej stabilne. Ponadto oferują więcej przestrzeni wypoczynkowej, zapewniając poczucie większej swobody i otwartości w porównaniu z węższymi i dłuższymi jachtami – twierdzi Francis Lapp. Jak podkreśla, luksusem jest również to, że można nimi pływać tam, gdzie nie da się jachtem. – Katamaran pozwala odwiedzić najdalsze zakątki świata, podczas gdy jacht, nawet duży, nie zawsze daje taką możliwość ze względu na mniejszą stabilność i brak dostatecznego zasięgu. Katamarany mają tę przewagę, że tarcie kadłuba o wodę jest mniejsze, co przekłada się na mniejszy opór i zużycie paliwa. Na 18-metrowym katamaranie można przepłynąć Ocean Atlantycki bez uzupełniania paliwa. Na klasycznym 40- czy 50-metrowym jachcie może to być niemożliwe – wyjaśnia założyciel Sunreef Yachts.

Zaufanie i duch współpracy

Luksusowe, designerskie produkty tworzone przez Sunreef Yachts są skierowane do najbardziej wymagających klientów na świecie. Oczekują oni wyłącznie najwyższej klasy, jeśli chodzi o projekt, bezpieczeństwo i elegancję. Jednak połączenie nowoczesnego designu z dobrą dzielnością morską i personalizacją, a także innymi istotnymi parametrami, takimi jak sprawność energetyczna, niezawodność i wysoka wydajność, nie jest łatwym zadaniem. Przystępując do projektowania nowego modelu, należy uwzględnić wszystkie powyższe czynniki, pamiętając przy tym, że kadłub odgrywa kluczową rolę. Dlatego dla firmy Sunreef Yachts liczy się wiarygodność konstrukcyjna. – Opracowanie atrakcyjnej i żeglownej łodzi, którą można dodatkowo łatwo personalizować, jest możliwe wyłącznie wtedy, gdy dysponuje się odpowiednio sprawnym narzędziem projektowym i symulacyjnym. Wirtualna weryfikacja modelu 3D ma ogromne znaczenie dla naszych klientów. Kształt kadłuba jest uzależniony od wielu szczegółów, które możemy modyfikować, aby osiągnąć oczekiwane wyniki w takich obszarach, jak sprawność energetyczna czy prędkość w przypadku jachtu motorowego, zachowując przy tym wysoką sterowność. Wszystkie te elementy należy jednak uwzględnić w procesie projektowym i wizualizować w miarę jego postępowania – zauważa Piotr Hinczewski, kierownik biura projektowego w firmie Sunreef Yachts.

W tym celu firma Sunreef Yachts wdrożyła oprogramowanie Dassault Systèmes: SOLIDWORKS do projektowania oraz SIMULIA XFlow do symulacji i weryfikacji dzielności morskiej zaprojektowanej jednostki. – Korzystając z SIMULIA XFlow, wykonujemy analizy z zakresu obliczeniowej mechaniki płynów, aby zobaczyć, jak łódź będzie się zachowywać na wodzie. Oprogramowania SIMULIA XFlow używamy również do opracowywania nowych koncepcji projektowych, a następnie do sprawdzenia aerodynamiki i hydrodynamiki konstrukcji w drodze symulacji cyfrowych – wyjaśnia Piotr Hinczewski.

Do prawidłowego zaprojektowania lub zmodyfikowania układu napędowego potrzebna jest krzywa oporu kadłuba, gdzie z pomocą również przychodzi program XFlow. W ten sposób określa się niezbędną moc łodzi z uwzględnieniem oporu hydrodynamicznego oraz oporu powietrza przy różnych prędkościach i warunkach otoczenia. – Na podstawie tych informacji możemy wybrać odpowiedni silnik oraz dopasować najlepsze śruby napędowe i ożaglowanie, a oprogramowanie symulacyjne testuje je w warunkach bardzo zbliżonych do rzeczywistych. Przykładowo 12-metrowa łódź motorowa z wysokowydajnym silnikiem wymaga kształtu dostosowanego do dużych prędkości. Natomiast w przypadku 18-metrowego jachtu żaglowego prędkość nie musi mieć aż tak dużego znaczenia, zatem kształt jego kadłuba będzie inny. Dzięki oprogramowaniu SIMULIA XFlow możemy testować rozmaite scenariusze – różne kształty, prędkości czy warunki morskie – i szybko otrzymywać wyniki. Na ich podstawie opracowujemy estetyczny kształt, zapewniający optymalną dzielność morską i zużycie paliwa. Ponadto, jeśli klient chce dodać coś od siebie, program pozwala nam sprawdzić, czy taki nowy element nie będzie mieć negatywnego wpływu na prędkość lub sterowność łodzi – tłumaczy kierownik biura projektowego w firmie Sunreef Yachts.

Przełom w optymalizowaniu kształtu

Łodzie Sunreef Yachts oferują niezwykły komfort i luksusowe wyposażenie, dlatego dużą wagę przywiązuje się do ich masy. Aby jednostka osiągała wymagane parametry, musi charakteryzować się jak najlepszą hydrodynamiką i sprawnością energetyczną, na co kluczowy wpływ ma kształt kadłuba. Decyduje on też o wyborze silnika i ewentualnego ożaglowania. – Metody optymalizacji kształtu mają kluczowe znaczenie, ponieważ pozwalają projektować atrakcyjne łodzie o wysokiej dzielności morskiej – uważa Michał Kruła, projektant kadłubów i specjalista ds. CFD (obliczeniowej dynamiki płynów) w firmie Sunreef Yachts. Możliwość przeprowadzania szczegółowych symulacji, które mają swoje początki w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, stanowi dla Sunreef Yachts ogromną zaletę. – Dzięki temu możemy wyeliminować konieczność tworzenia fizycznych prototypów i ich testowania, które wymaga basenu modelowego. Uważam, że jest to przełom, jeśli chodzi o mechanikę płynów i symulację. Drogie i czasochłonne fizyczne testy nie są już potrzebne. Siedząc przy komputerze, możemy przetestować model łodzi w zakresie wszystkich możliwych scenariuszy i warunków występujących w rzeczywistości, aby sprawdzić, jak się zachowa – mówi Michał Kruła. Jak dodaje, model 3D jest testowany wirtualnie w warunkach morskich. Pokazuje to, jaki wpływ mają fale i prądy na osiągi oraz wydajność energetyczną łodzi przy różnych prędkościach, w jaki sposób temperatura otoczenia i wiatr wpływają na zachowanie łodzi, jak kształtuje się opór aerodynamiczny i jak łódź reaguje w różnych sytuacjach na wodzie. Dlatego proces projektowy zaczyna się od określenia oczekiwań – np. zmniejszenie oporu kadłuba na wodzie. – Następnie opracowujemy modele i badamy je przy zastosowaniu wielu parametrów, takich jak różne wysokości i długości fal czy prędkości wiatru. Celem jest zobaczenie w programie XFlow, w jakich warunkach opór się zwiększa, a następnie zoptymalizowanie konstrukcji kadłuba w miejscach, w których według XFlow istnieje taka możliwość. XFlow generuje wyniki tak szybko, że symulacje możemy przeprowadzać praktycznie w nieskończoność – mówi projektant kadłubów i specjalista ds. CFD w firmie Sunreef Yachts.

Firma zdała sobie również sprawę, że wirtualne symulacje otwierają nowe możliwości, jak testowanie nietypowych konstrukcji. – Możemy testować np. nieszablonowe kadłuby lub różne rodzaje stabilizatorów. Dzięki temu zwiększyliśmy naszą innowacyjność. W procesie projektowym możemy pozwolić sobie na większą kreatywność, a przy tym mamy wsparcie w podejmowaniu właściwych decyzji. Pozwolę sobie nawet stwierdzić, że jest to rewolucja w projektowaniu łodzi – mówi Michał Kruła.

Wielobranżowość koncepcji

Kolejną zaletą nowego oprogramowania jest fakt, że wszystkie działy korzystają przy projektowaniu z SOLIDWORKS. – Po opracowaniu ostatecznego projektu w SOLIDWORKS wszystkie działy, tj. dział konstrukcyjny, dział instalacji elektrycznych, hydraulicznych i mechanicznych, a także projektanci wnętrz, pracują na tym samym modelu. Ułatwia to skoordynowanie wszystkich instalacji, wystroju wnętrza i elementów konstrukcyjnych, dzięki czemu unikamy konfliktów, które na późniejszych etapach spowodowałyby trudności produkcyjne lub montażowe. Dokumentacja jest od razu bezbłędna – nie ma konieczności wprowadzania poprawek, gdyż wszystko jest modyfikowane na bieżąco. Jej treść jest automatycznie aktualizowana w miarę postępowania procesu projektowego – mówi Piotr Hinczewski.

Sunreef Yachts może teraz szybko testować realistyczne scenariusze symulacji, aby od ręki sprawdzać, jak poprawić hydrodynamikę i aerodynamikę. Dzięki temu zyskuje też pewność, że osiągnięte zostały wszystkie parametry bezpieczeństwa, przy jednoczesnym spełnieniu oczekiwań w zakresie prędkości i sprawności energetycznej. Zanim firma Sunreef zaczęła korzystać z oprogramowania SIMULIA XFlow, zlecała symulację innemu podmiotowi. Teraz może samodzielnie wykonywać analizy, natychmiast otrzymując wyniki i od razu wprowadzając konieczne poprawki w SOLIDWORKS. – Czas realizacji uległ znacznemu skróceniu. Wcześniej budowa 22,5-metrowej łodzi zajmowała nam 6–7 miesięcy, a teraz trwa to tylko 3,5 miesiąca – podkreśla Francis Lapp.

Założyciel Sunreef Yachts zaznacza, że istnieje też zapotrzebowanie na 50- i 60-metrowe katamarany – są one przyjazne środowisku dzięki zastosowaniu silnika zasilanego energią elektryczną lub słoneczną i mają ekologiczne elementy wyposażenia. Obecnie firma eksperymentuje z zastosowaniem rewolucyjnego panelu słonecznego, zintegrowanego bezpośrednio z kadłubem lub masztem. – Nasza przyszłość będzie wiązać się z intensywnym wykorzystaniem wysokowydajnych aplikacji SOLIDWORKS i SIMULIA XFlow, gdyż planujemy budować tego rodzaju większe łodzie. Będzie to podstawą rozwoju naszej firmy – dodaje Piotr Hinczewski.

Przedstawiciele Sunreef Yachts wierzą, że sprzedaży łodzi powinno towarzyszyć promowanie filozofii, zgodnie z którą klienci otrzymują wyjątkowe przeżycia na wodzie, dużą przestrzeń wypoczynkową oraz wysokiej jakości obsługę posprzedażową. – Budujemy bliskie relacje między stocznią a klientem, gdyż stwarza to poczucie przynależności do naszej rodziny, i to właśnie uważam za nasz znak firmowy – podsumowuje Francis Lapp.

O firmie

Firma Sunreef Yachts jest światowym liderem w budowie luksusowych personalizowanych jachtów. Oferuje katamarany oraz jachty motorowe i żaglowe. Zatrudnia około 1000 osób, a jej siedziba mieści się w Gdańsku. Więcej informacji można znaleźć na stronie https://www.sunreef-yachts.com.

DASSAULT SYSTÈMES Sp. z o.o.
ul. Żwirki i Wigury 16a
02-092 Warszawa
https://discover.3ds.com/pl/contact-us

źródło: Automatyka 4/2021