(57)【要約】【課題】流体力学的性能に優れた船舶の設計を容易にすること。【解決手段】流体に浮かぶ船舶の形状を示す設計データを生成する船舶デザインプログラム２と、設計データを格子データにデータ変換する計算格子作成ツール３と、条件を生成する計算条件設定プログラム５と、格子データとその条件とに基づいて船舶が航行中の流体の流場を模擬的に導出する流場計算プログラム６と、流場に基づいて流体が船舶に作用する流体力学的性能を導出する船舶性能評価プログラム７と、流体力学的性能を表示装置に表示する可視化ツール８とを具備している。設計者は、設計した船舶の流体力学的性能をより容易に確認することができ、その流体力学的性能を参考にして、流体力学的性能がより優れる船舶をより速く設計することができる。【選択図】図１
2004009858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体に浮かぶ船舶の形状を示す設計データを生成する船舶デザインプログラムと、
前記設計データを前記設計データとデータ形式が異なる格子データにデータ変換する計算格子作成ツールと、
条件を生成する計算条件設定プログラムと、
前記格子データと前記条件とに基づいて、前記船舶が航行中の前記流体の圧力と流速とを示す流場を模擬的に導出する流場計算プログラムと、
前記流場に基づいて前記流体が前記船舶に作用する物理量を導出する船舶性能評価プログラムと、
前記物理量が分布している３次元空間を可視化する画像を表示装置に表示する可視化ツール
とを具備する船舶設計装置。
【請求項２】
請求項１において、更に、
前記格子データに基づいて前記形状を前記表示装置に表示するグリッドビューア
を具備する船舶設計装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記物理量に基づいて、前記形状と異なる他の形状を示す他の格子データを生成する船型最適化プログラムを更に具備し、
前記流場計算プログラムは、前記他の格子データと前記条件とに基づいて、前記他の形状を有する他の船舶が航行中の前記流体の圧力と流速とを示す他の流場を模擬的に導出し、
船舶性能評価プログラムは、前記他の流場に基づいて前記流体が前記他の船舶に作用する他の物理量を導出する
船舶設計装置。
【請求項４】
請求項３において、更に、
前記他の格子データを前記設計データとデータ形式が一致する他の設計データにデータ変換するデータ変換プログラム
を具備する船舶設計装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記物理量は、前記流体が前記船舶に作用する力を含む
船舶設計装置。
【請求項６】
流体に浮かぶ船舶の形状を示す設計データを生成するステップと、
前記設計データを前記設計データとデータ形式が異なる格子データにデータ変換するステップと、
条件を生成するステップと、
前記格子データと前記条件とに基づいて、前記船舶が航行中の前記流体の圧力と流速とを示す流場を模擬的に導出するステップと、
前記流場に基づいて前記流体が前記船舶に作用する物理量を導出するステップと、
前記物理量が分布している３次元空間を可視化する画像を表示装置に表示するステップ
とを具備する船舶設計方法。
【請求項７】
請求項６において、更に、
前記格子データに基づいて前記形状を前記表示装置に表示するステップ
を具備する船舶設計方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記物理量に基づいて、前記形状と異なる他の形状を示す他の格子データを生成するステップと、
前記他の格子データと前記条件とに基づいて、前記他の形状を有する他の船舶が航行中の前記流体の圧力と流速とを示す他の流場を模擬的に導出するステップと、
船舶性能評価プログラムは、前記他の流場に基づいて前記流体が前記他の船舶に作用する他の物理量を導出するステップ
とを具備する船舶設計方法。
【請求項９】
請求項８において、更に、
前記他の格子データを前記設計データとデータ形式が一致する他の設計データにデータ変換するステップ
を具備する船舶設計方法。
【請求項１０】
請求項６〜請求項９のいずれかにおいて、
前記物理量は、前記流体が前記船舶に作用する力を含む
船舶設計方法。
【請求項１１】
流体に浮かぶ船舶の形状を示す設計データを生成する船舶デザインプログラムと、
前記設計データを前記設計データとデータ形式が異なる格子データにデータ変換する計算格子作成ツールと、
条件を生成する計算条件設定プログラムと、
前記格子データと前記条件とに基づいて、前記船舶が航行中の前記流体の圧力と流速とを示す流場を模擬的に導出する流場計算プログラムと、
前記流場に基づいて前記流体が前記船舶に作用する物理量を導出する船舶性能評価プログラムと、
前記物理量が分布している３次元空間を可視化する画像を表示装置に表示する可視化ツール
とを具備する船舶設計プログラム。
【請求項１２】
請求項１１において、更に、
前記格子データに基づいて前記形状を前記表示装置に表示するグリッドビューア
を具備する船舶設計プログラム。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記物理量に基づいて、前記形状と異なる他の形状を示す他の格子データを生成する船型最適化プログラムを更に具備し、
前記流場計算プログラムは、前記他の格子データと前記条件とに基づいて、前記他の形状を有する他の船舶が航行中の前記流体の圧力と流速とを示す他の流場を模擬的に導出し、
船舶性能評価プログラムは、前記他の流場に基づいて前記流体が前記他の船舶に作用する他の物理量を導出する
船舶設計プログラム。
【請求項１４】
請求項１３において、更に、
前記他の格子データを前記設計データとデータ形式が一致する他の設計データにデータ変換するデータ変換プログラム
を具備する船舶設計プログラム。
【請求項１５】
請求項１１〜請求項１４のいずれかにおいて、
前記物理量は、前記流体が前記船舶に作用する力を含む
船舶設計プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶設計装置及び船舶設計方法に関し、特に、船舶を設計するときに利用される船舶設計装置及び船舶設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海水が船体に作用する抵抗が小さい船舶を設計することが望まれている。船舶の設計者は、設計した船舶の船型の流体力学的性能を評価し、その評価結果に基づいて海水が船体に作用する抵抗がより小さくなるように船型を再度設計する。船舶の流体力学的性能を評価する方法として、海水の圧力と流速との空間的な分布を示している流場を用いる方法が知られている。この流場は、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ）を用いて導出される。
【０００３】
船舶の設計を速くするために、船舶の流体力学的性能を速く評価することが望まれている。流場計算は、情報処理装置（コンピュータ）の計算速度を向上させることにより、または、計算のアルゴリズムを更新することにより（たとえば、ソルバーの並列化により）計算速度が短縮化されている。流場計算に用いる情報を情報処理装置に入力することが容易であり、流体力学的性能の評価結果が分かり易い船舶設計方法が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、船舶の設計をより速くする船舶設計装置及び船舶設計方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、船舶の設計をより容易にする船舶設計装置及び船舶設計方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００６】
本発明による船舶設計装置（１）は、情報処理装置（コンピュータ）であり、コンピュータプログラムである船舶デザインプログラム（２）と計算格子作成ツール（３）と計算条件設定プログラム（５）と流場計算プログラム（６）と船舶性能評価プログラム（７）と可視化ツール（８）とを具備している。船舶デザインプログラム（２）は、流体に浮かぶ船舶の形状を示す設計データを生成する。計算格子作成ツール（３）は、設計データを格子データにデータ変換する。格子データは、設計データとデータ形式が異なり、設計データが示す船舶の形状を示している。計算条件設定プログラム（５）は、条件を生成する。流場計算プログラム（６）は、格子データとその条件とに基づいて、船舶が航行中の流体の流場を模擬的に導出する。流場は、位置の関数であり、圧力と流速とを示している。船舶性能評価プログラム（７）は、流場に基づいて流体が船舶に作用する物理量を導出する。可視化ツール（８）は、物理量が分布している３次元空間を可視化する画像を表示装置に表示する。
【０００７】
設計者は、船舶設計装置（１）と船舶デザインプログラム（２）とを用いて、船舶を設計する。設計者は、さらに、船舶設計装置（１）に条件を入力することにより、設計した船舶の流体力学的性能をより容易に確認することができる。この結果、設計者は、その流体力学的性能を参考にして、流体力学的性能がより優れる船舶をより速く設計することができる。
【０００８】
本発明による船舶設計装置（１）は、さらに、格子データに基づいて形状を表示装置に表示するグリッドビューア（４）を具備している。設計者は、計算格子作成ツール（３）により生成された格子データが示す３次元形状を確認することができる。
【０００９】
本発明による船舶設計装置（１）は、物理量に基づいて船舶デザインプログラム（２）により設計された船舶の形状と異なる他の形状を示す他の格子データを生成する船型最適化プログラム（９）を更に具備している。流場計算プログラム（６）は、他の格子データと条件とに基づいて、他の形状を有している他の船舶が航行中の流体の圧力と流速とを示す他の流場を模擬的に導出する。船舶性能評価プログラム（７）は、他の流場に基づいて流体が他の船舶に作用する他の物理量を導出する。このとき、他の物理量は、船舶デザインプログラム（２）により設計された船舶に作用する物理量と異なっていることが好ましい。船舶設計装置（１）は、他の形状を生成することを繰り返して、様々な形状を設計者に提案することができ、設計者は、その形状を参考に流体力学的性能がより優れた船舶をより容易に設計することができる。設計者は、グリッドビューア（４）を用いて、船型最適化プログラム（９）により生成された格子データが示す３次元形状を確認することもできる。
【００１０】
本発明による船舶設計装置（１）は、さらに、他の格子データを設計データとデータ形式が一致する他の設計データにデータ変換するデータ変換プログラム（１０）を具備している。設計者は、船型最適化プログラム（９）により作成された船舶の形状を、船舶デザインプログラム（２）を用いてその形状を参照することができる。
【００１１】
物理量は、流体が船舶に作用する力を含んでいることが好ましい。このとき、設計者は、物理量を参考にして、航行に対する抵抗がより小さい船舶を設計することができる。
【００１２】
本発明による船舶設計方法は、船舶設計装置（１）を用いて実行され、流体に浮かぶ船舶の形状を示す設計データを生成するステップ（Ｓ１）と、設計データを格子データにデータ変換するステップ（Ｓ２）と、条件を生成するステップ（Ｓ３）と、格子データと条件とに基づいて、流場を模擬的に導出するステップ（Ｓ４）と、流場に基づいて流体が船舶に作用する物理量を導出するステップ（Ｓ５）と、物理量が分布している３次元空間を可視化する画像を表示装置に表示するステップ（Ｓ８）とを具備している。
【００１３】
格子データは、設計データとデータ形式が異なり、設計データが示す船舶の形状を示している。流場は、位置の関数であり、船舶が航行中の流体の圧力と流速との分布を示している。設計者は、船舶を設計し、条件を設定することにより、設計した船舶の流体力学的性能をより容易に確認することができる。この結果、設計者は、その流体力学的性能を参考にして、流体力学的性能がより優れる船舶をより速く設計することができる。
【００１４】
本発明による船舶設計方法は、さらに、格子データに基づいて形状を表示装置に表示するステップを具備している。設計者は、格子データが示す３次元形状を確認することができる。
【００１５】
本発明による船舶設計方法は、さらに、物理量に基づいて、船舶デザインプログラム（２）により設計された船舶の形状と異なる他の形状を示す他の格子データを生成するステップ（Ｓ７）と、他の格子データと条件とに基づいて他の形状を有している他の船舶が航行中の流体の圧力と流速とを示す他の流場を模擬的に導出するステップ（Ｓ４）と、船舶性能評価プログラム（７）は、他の流場に基づいて流体が他の船舶に作用する他の物理量を導出するステップ（Ｓ５）とを具備している。このとき、他の物理量は、船舶デザインプログラム（２）により設計された船舶に作用する物理量と異なっていることが好ましい。設計者は、繰り返して生成される様々な形状を参考に流体力学的性能がより優れた船舶をより容易に設計することができる。
【００１６】
本発明による船舶設計方法は、さらに、他の格子データを設計データとデータ形式が一致する他の設計データにデータ変換するステップ（Ｓ９）を具備している。設計者は、船型最適化プログラム（９）により作成された船舶の形状を、船舶デザインプログラム（２）を用いてその形状を参照することができる。
【００１７】
物理量は、流体が船舶に作用する力を含んでいることが好ましい。このとき、設計者は、物理量を参考にして、航行に対する抵抗がより小さい船舶を設計することができる。
【００１８】
本発明による船舶設計プログラムは、船舶設計装置（１）（コンピュータ）を動作させるコンピュータプログラムであり、そのコンピュータプログラムの部分である船舶デザインプログラム（２）と計算格子作成ツール（３）と計算条件設定プログラム（５）と流場計算プログラム（６）と船舶性能評価プログラム（７）と可視化ツール（８）とを具備している。船舶デザインプログラム（２）は、流体に浮かぶ船舶の形状を示す設計データを生成する。計算格子作成ツール（３）は、設計データを格子データにデータ変換する。格子データは、設計データとデータ形式が異なり、設計データが示す船舶の形状を示している。計算条件設定プログラム（５）は、条件を生成する。流場計算プログラム（６）は、格子データとその条件とに基づいて、船舶が航行中の流体の流場を模擬的に導出する。流場は、位置の関数であり、圧力と流速とを示している。船舶性能評価プログラム（７）は、流場に基づいて流体が船舶に作用する物理量を導出する。可視化ツール（８）は、物理量が分布している３次元空間を可視化する画像を表示装置に表示する。
【００１９】
設計者は、船舶設計装置（１）と船舶デザインプログラム（２）とを用いて、船舶を設計する。設計者は、さらに、船舶設計装置（１）に条件を入力することにより、設計した船舶の流体力学的性能をより容易に確認することができる。この結果、設計者は、その流体力学的性能を参考にして、流体力学的性能がより優れる船舶をより速く設計することができる。
【００２０】
本発明による船舶設計プログラムは、さらに、格子データに基づいて形状を表示装置に表示するグリッドビューア（４）を具備している。設計者は、計算格子作成ツール（３）により生成された格子データが示す３次元形状を確認することができる。
【００２１】
本発明による船舶設計プログラムは、物理量に基づいて船舶デザインプログラム（２）により設計された船舶の形状と異なる他の形状を示す他の格子データを生成する船型最適化プログラム（９）を更に具備している。流場計算プログラム（６）は、他の格子データと条件とに基づいて、他の形状を有している他の船舶が航行中の流体の圧力と流速とを示す他の流場を模擬的に導出する。船舶性能評価プログラム（７）は、他の流場に基づいて流体が他の船舶に作用する他の物理量を導出する。このとき、他の物理量は、船舶デザインプログラム（２）により設計された船舶に作用する物理量と異なっていることが好ましい。船舶設計装置（１）は、他の形状を生成することを繰り返して、様々な形状を設計者に提案することができ、設計者は、その形状を参考に流体力学的性能がより優れた船舶をより容易に設計することができる。設計者は、グリッドビューア（４）を用いて、船型最適化プログラム（９）により生成された格子データが示す３次元形状を確認することもできる。
【００２２】
本発明による船舶設計プログラムは、さらに、他の格子データを設計データとデータ形式が一致する他の設計データにデータ変換するデータ変換プログラム（１０）を具備している。設計者は、船型最適化プログラム（９）により作成された船舶の形状を、船舶デザインプログラム（２）を用いてその形状を参照することができる。
【００２３】
物理量は、流体が船舶に作用する力を含んでいることが好ましい。このとき、設計者は、流体力学的性能を参考にして、航行に対する抵抗がより小さい船舶を設計することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明による船舶設計装置の実施の形態を説明する。その船舶設計装置１は、図１に示されているように、複数のコンピュータプログラムが搭載されている情報処理装置である。その複数のコンピュータプログラムは、船舶デザインプログラム２、計算格子作成ツール３、グリッドビューア４、計算条件設定プログラム５、流場計算プログラム６、船舶性能評価プログラム７、可視化ツール８、船型最適化プログラム９およびデータ変換プログラム１０から形成されている。船舶設計装置１は、さらに、図示されていない入力装置と表示装置とを備えている。設計者は、船舶設計装置１を用いて、海を航行する船舶を設計する。
【００２５】
船舶デザインプログラム２は、設計者の操作により、船舶の形状を設計する。すなわち、船舶デザインプログラム２は、船舶の形状を示すＣＡＤデータを作成する。このＣＡＤデータは、船舶の３次元形状を、ラインズデータ、船体表面格子またはサーフェスモデルを用いて定義している。ラインズデータは、船体表面を水平面で切断した複数の断面と、船長方向に垂直な平面で切断した複数の断面と、船体中心面およびそれと平行な面で切断した複数の断面とから形成されている。船体表面格子は、船体の表面を格子に分割し、その格子点の位置の集合から形成されている。サーフェスモデルは、変数、式などを用いて船舶の表面を数学的に記述している。
【００２６】
計算格子作成ツール３は、ＣＡＤデータのデータ形式を変換して、流場計算プログラム６に使用可能な格子データを生成する。このとき、格子データが示す船舶の形状は、ＣＡＤデータが示す船舶の形状と一致している。格子データは、船舶の表面を複数の微小領域に分割し、その微小領域に１つずつ配置される格子点の位置の集合を示している。このような計算格子作成ツール３は、周知であり、船舶の設計以外の用途にも形状を示す格子データを生成することに汎用されている。計算格子作成ツール３としては、「Ｇｒｉｄｇｅｎ」が例示される。
【００２７】
グリッドビューア４は、計算格子作成ツール３により作成される格子データまたは船型最適化プログラム９により作成される格子データにより示される船体の形状を表現する画像を作成して、表示装置にその画像を表示する。
【００２８】
計算条件設定プログラム５は、流場計算プログラム６により用いられるデータを作成する。そのデータは、計算格子作成ツール３または船型最適化プログラム９により作成される格子データと、設計者により設計装置１に入力される条件から形成されている。その条件は、流場を計算するために用いられ、格子データの格子点の位置を定義する座標系を定義し、船舶の船速を設定する。
【００２９】
流場計算プログラム６は、設計された船舶が海を航行するときの海水の挙動をシミュレーションする。すなわち、流場計算プログラム６は、船舶を取り囲む海水を多数の微小領域に分割し、計算格子作成ツール３により生成された格子データと計算条件設定プログラム５により生成された条件に基づいて、その微小領域の海水の圧力と流速とを示す流場データを導出する。流場計算プログラム６は、さらに、船型最適化プログラム９により生成された格子データと計算条件設定プログラム５により生成された条件に基づいて、その微小領域の海水の圧力と流速とを示す流場データを導出する。このような流場計算プログラム６は、周知であり、船舶の設計以外の用途にも汎用されている。このような流場計算プログラム６は、計算のアルゴリズムを更新することにより、計算速度が短縮化される。
【００３０】
船舶性能評価プログラム７は、流場計算プログラム６により生成される流場データに基づいて、船舶に関する流体力学的な性能を導出する。その流体力学的な性能は、海水が船舶に作用する物理量または海水の状態を示す物理量であり、たとえば、海水が船舶の船体に作用する流体力（抵抗）、海水面に浮かんでいる船舶が排除する海水の重量を示す排水量、船舶が浮かんでいるときの船体の水中にある部分の表面の浸水面積、船体表面の海水による圧力分布、海水面の形状（波面）、船舶の航行中の排水量である。
【００３１】
可視化ツール８は、流場計算プログラム６により導出された流場を可視化する画像を作成して表示装置に表示し、船舶性能評価プログラム７により導出された性能を可視化する画像を作成して表示装置に表示する。その画像は、３次元空間（場）に分布している物理量（スカラー、ベクトル）を可視化し、設計者により理解し易く、設計の参考にし易く、好ましい。このような可視化ツール８は、周知であり、船舶の設計以外の用途にも、物理量が分布している３次元空間を可視化する画像を作成して表示装置に表示することに汎用されている。可視化ツール８としては、「Ｔｅｃｐｌｏｔ」、「ＦｉｅｌｄＶｉｅｗ」が例示される。
【００３２】
船型最適化プログラム９は、船舶性能評価プログラム７により生成される流体力学的な性能に基づいて、船型を微小に変形して様々な船型を示す格子データを作成する。
【００３３】
データ変換プログラム１０は、船型最適化プログラム９により作成された格子データをＣＡＤデータにデータ変換する。すなわち、データ変換プログラム１０は、格子データにより示される形状を、船体を水平面で切断した複数の断面と船長方向に垂直な平面で切断した複数の断面とから形成されているラインズデータにより表現する。または、データ変換プログラム１０は、格子データにより示される形状を、変数、式などを用いてその表面を数学的に記述するサーフェスモデルにより表現する。
【００３４】
本発明による船舶設計方法の実施の形態は、船舶設計装置１により実行される。船舶の設計者は、図２に示されているように、まず、船舶設計装置１を用いて船舶を設計する（ステップＳ１）。このとき、船舶設計装置１は、船舶の形状をＣＡＤデータにより表現する。船舶設計装置１は、次いで、そのＣＡＤデータを流場計算プログラム６により用いられることができる格子データにデータ変換する（ステップＳ２）。このとき、設計者は、船舶設計装置１を用いてその格子データが示す船型を可視化して閲覧し、ＣＡＤデータにより示される船型と格子データにより示される船型とが一致していることを確認することができる。
【００３５】
設計者は、入力装置を用いて船舶設計装置１に流場計算のための条件を入力する（ステップＳ３）。船舶設計装置１は、入力された条件と格子データとに基づいて、海水の流場を導出し（ステップＳ４）、その流場を用いて船舶の性能を評価する（ステップＳ５）。
【００３６】
船舶設計装置１は、評価結果に基づいて、船型を微小に変形させ、その船型を示す格子データを作成する（ステップＳ７）。船舶設計装置１は、再度ステップＳ３〜ステップＳ７を繰り返し、複数の様々な船型を設計する。
【００３７】
船舶設計装置１は、ステップＳ１により設計された船型の流体力学的な性能と、自動的に作成された船型の流体力学的な性能とを表示装置に表示し（ステップＳ８）、自動的に作成された船型を示す格子データをＣＡＤデータにデータ変換する（ステップＳ９）。このとき、設計者は、自動的に作成された生成された格子データをＣＡＤデータにデータ変換しないで、グリッドビューア４を用いて格子データが示す３次元形状を確認することもできる。
【００３８】
設計者は、自分が設計した船型の性能を参考に船舶を再度設計する（ステップＳ１）。このとき、設計者は、自分が設計した船舶の流体力学的性能をより容易に確認することができるため、その流体力学的性能を参考にして、流体力学的性能がより優れる船舶をより速く設計することができる。設計者は、さらに、自動的に作成された船型を用いて船舶を再度設計することができる。ステップＳ１〜ステップＳ９が繰り返して実行されることにより、設計者は、流体力学的性能にさらに優れた船舶を設計することができる。
【００３９】
本発明による船舶設計方法によれば、さらに、流場計算に用いる情報を船舶設計装置１に入力することが容易であり、流体力学的性能の評価結果が分かり易い。すなわち、汎用の流場計算プログラム６と可視化ツール８とは、本発明による船舶設計方法により、船舶の設計に有効に運用されることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明による船舶設計装置及び船舶設計方法によれば、設計者は、流体力学的性能に優れた船舶を容易に設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による船舶設計装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明による船舶設計方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　：船舶設計装置
２　：船舶デザインプログラム
３　：計算格子作成ツール
４　：グリッドビューア
５　：計算条件設定プログラム
６　：流場計算プログラム
７　：船舶性能評価プログラム
８　：可視化ツール
９　：船型最適化プログラム
１０：データ変換プログラム
【図１】
2004009858.tif 000003
【図２】
2004009858.tif 000004