吳兵樣　陳固軍　彭立立

摘 要：文章介紹了某海洋測(cè)量船利用NAPA軟件進(jìn)行船體型線設(shè)計(jì)的過程，并概略介紹了船體型線建模、型線光順的流程。該軟件的應(yīng)用過程可對(duì)廣大同類船舶研究設(shè)計(jì)人員起一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：NAPA；船體型線建模；測(cè)量船；型線光順

中圖分類號(hào)：U662.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）11-0009-02

1 概 述

船體型線設(shè)計(jì)（即船體設(shè)計(jì)建模與型線光順）是船舶建造基本設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的設(shè)計(jì)工作，決定了一艘船舶的外形，也決定了該船舶的大部分主要性能。

因此，一個(gè)良好的型線設(shè)計(jì)是一艘船舶船體設(shè)計(jì)、性能計(jì)算的重要基礎(chǔ)，其重要性顯而易見。

利用NAPA軟件進(jìn)行相關(guān)的船體型線設(shè)計(jì)是當(dāng)今船舶行業(yè)比較主流的做法。

NAPA是英文Naval Architecture Package簡稱，是芬蘭NAPA公司于1990年開始研究開發(fā)的一款船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、船舶有限元建模、強(qiáng)度分析的船舶總體性能計(jì)算軟件。

由于NAPA公司最近20多年對(duì)軟件不斷更新、開發(fā)、推廣以及軟件自身的可操作性、準(zhǔn)確性，NAPA目前在世界范圍內(nèi)擁有越來越多的使用者，并有越來越多的三維工程設(shè)計(jì)公司與其建立成合作伙伴關(guān)系，例如美國鷹圖公司（Intergraph）就與其合作，將NAPA軟件設(shè)計(jì)導(dǎo)出的船體型線基本設(shè)計(jì)成果作為其詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件Smart Marine 3D的基礎(chǔ)文件加以利用。

本文介紹了某海洋測(cè)量船利用NAPA軟件進(jìn)行船體型線設(shè)計(jì)的過程。

2 船體型線設(shè)計(jì)

船體型線設(shè)計(jì)是船體后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能計(jì)算、模型試驗(yàn)、艙室布置和放樣建造的依據(jù)。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)型線設(shè)計(jì)給予極大重視，以下是利用NAPA軟件進(jìn)行船體型線設(shè)計(jì)的主要過程。

2.1 船舶主尺度定義

該測(cè)量船入ABS級(jí)。

船舶的主要尺度如下：

總長：227.6 m

垂線間長：217.4 m

船寬：36.4 m

設(shè)計(jì)吃水：10 m

肋骨間距：0.7 m

用戶進(jìn)入NAPA程序后，程序會(huì)首先提示用戶需要建立一個(gè)新的船舶工程項(xiàng)目，故用戶應(yīng)在相應(yīng)位置輸入該測(cè)量船的主尺度數(shù)值以及肋骨間距數(shù)值，如圖1所示。

2.2 曲線定義

船體的外殼表面是一個(gè)具有不規(guī)則形狀且表面光順的曲面，該曲面的是靠一系列的曲線定義構(gòu)成的，相應(yīng)的這些曲線又是靠一系列的點(diǎn)定義的。

NAPA中曲線的定義格式為：

CUR NAME ‘Optional explanation text

Location surface

Definition points

[Side condition]

一些特殊的船體要素曲線如平邊線、平底線、尾封板線等不僅需要點(diǎn)的定義信息，還需要包括一些特定的曲線邊界信息。曲線邊界信息指的是該曲線周邊的曲面形狀信息，在NAPA中，其定義格式如下：

SC P：表示船體平面邊界的限制曲線。

SC M：表示船中部分邊界的限制曲線。

SC -//-：表示船折角區(qū)域邊界的限制曲線。

對(duì)于該測(cè)量船來說，需首先定義其船艏艉中縱剖線、最大橫剖面線、平邊線、平底線、尾封板線、折角線，接著定義其主要橫剖面線以及其他輔助線段。

2.3 船體曲面生成

NAPA中曲面的定義格式為：

SUR NAME ‘Optional explanation text

THR Curve01 curve02 curve03 …

[OUT x， y or z]

在沒有定義生成曲面外側(cè)的方向的情況下，NAPA默認(rèn)將Y軸正方向作為曲面外側(cè)方向，這與傳統(tǒng)船體曲面外側(cè)定義方向一致，但對(duì)于雙體船則需用戶通過OUT 命令行自己定義好正確的曲面外軸方向。

由于船舶艏部艉部之間的曲面曲率一般變化相對(duì)較大，故將該測(cè)量船船體曲面分成三部分：船艏部分（HULLF）、船中部分（HULLM）與船艉部分（HULLA）。這樣分配的好處可以同時(shí)安排多名設(shè)計(jì)人員一起參與設(shè)計(jì)該船的型線設(shè)計(jì)工作，提高效率，又可以使船艏曲面、船艉曲面分開處理，降低工作難度。帶船艏曲面、船中曲面與船艉曲面生成好后，再通過以下定義格式將其合并為一個(gè)總船體曲面：

SUR HULL

COM HULLF HULLM HULLA

船體曲面生成好后，需對(duì)曲面做準(zhǔn)備（PREP NAME）并更新（UPDATE NAME）操作，這樣才能進(jìn)行后續(xù)結(jié)構(gòu)計(jì)算、總體性能等工作。

另外，船舶結(jié)構(gòu)中一些比較規(guī)則的幾何形狀的結(jié)構(gòu)，如甲板面、槽型艙壁等，也可以通過NAPA的特殊曲面生成命令較快捷地生成出來。

3 船體型線光順

NAPA的船體型線光順工作主要在Hull Surface Editor模塊中完成，該測(cè)量船HULLF部分如圖2所示。

3.1 PATCH曲面的生成原則

同大多數(shù)傳統(tǒng)的型線光順軟件原理一樣，NAPA生成的船體曲面也PATCH曲面組成的，PATCH曲面的生成有以下幾點(diǎn)原則：

①PATCH曲面只能定義為2邊、3邊及4邊。

②PATCH曲面不能跨越邊界線、折角線。

③PATCH曲面形狀與其邊界點(diǎn)及各個(gè)邊界點(diǎn)沿邊界及曲面的角度等曲面參數(shù)有關(guān)。

NAPA于2009年1月份開始，在PATCH曲面生成船體曲面的基礎(chǔ)上，開發(fā)了使用NURBS曲面生成船體曲面的方法，首次引用了邊界曲線Boundary（BND）Curves，主曲線Primary （PRI） Curves及次曲線Secondary（SND）Curves的定義，將生成曲面的曲線分成以上三類，使不同曲線在生成船體曲面進(jìn)程中的作用更加清晰，NURBS曲面的定義格式為：

SUR HULLF ‘Optional explanation textP

THR FRF FBF CLF FSF WLF STEM KNF FR12 WLF FR13…

BND FRB KNF STEM WLF FR13 FSF FRF CLF FBF FR19

PO BTOL=0.005 KTOL=2 K2TOL=2 ETOL=0.01 ERED=20 TTOL=0.00888 NTOL=1 TSC=0 WSC=0 G=2 IMAX=4

其中，命令PO是NURBS曲面準(zhǔn)備參數(shù)，例如，BTOL表示曲面邊界控制點(diǎn)公差系數(shù)，用戶可以通過調(diào)整準(zhǔn)備參數(shù)，嘗試生成不同的生成方案，最終達(dá)到生成比較良好的曲面結(jié)果。另外，在合并船艏曲面、船中曲面與船艉曲面時(shí)，應(yīng)確保生成的NURBS曲面準(zhǔn)備參數(shù)保持一致。

3.2 NURBS曲面生成曲面的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的PATCH曲面生成的船體曲面相比，NURBS曲面生成的曲面有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①NURBS曲面可以定義比傳統(tǒng)PATCH曲面更大的船體曲面。

②相鄰邊界的NURBS曲面自動(dòng)具有相同的曲面參數(shù)，如連續(xù)的邊界曲面角度。

③最小化的NURBS曲面控制點(diǎn)的數(shù)目。

④更加靈活的網(wǎng)格定義方式，如能將橫剖線、縱剖線、水線與對(duì)角線一起混合處理，能方便地將較大數(shù)量的曲線生成船體曲面等。

⑤用戶可定義曲面準(zhǔn)備參數(shù)，并直觀地在Hull Surface Editor檢測(cè)效果。

Hull Surface Editor在檢驗(yàn)生成的船體曲面是否足夠光順并且符合設(shè)計(jì)要求方面，也提供了生成船體曲面的相關(guān)數(shù)據(jù)及圖像信息，供用戶參考判斷，如生成曲面與定義曲線之間最大間距表格，該測(cè)量船的間距表格如圖3所示，繪制出曲面傾斜曲線圖、曲面曲率分布圖，該測(cè)量船艏部曲率分布圖如圖4所示等。

4 結(jié) 語

船體型線設(shè)計(jì)是船體總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，船體型線的好壞對(duì)船舶的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性有很重大的影響。船體型線光順的過程是船舶設(shè)計(jì)工作中一個(gè)很有挑戰(zhàn)、很需要時(shí)間的工作，所以作為船體型線設(shè)計(jì)人員應(yīng)該具備細(xì)心、耐心及高度的責(zé)任心，戒驕戒躁，把握好這一關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

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