FreeCAD-Ship s60 tutorial/jp

このチュートリアルではアイオワ大学のシリーズ60船型を使って作業を行います. チュートリアルの目的は対称な単胴船での作業方法を説明することですが、多胴船や非対称な形状の船舶でも同じ処理を行うことができます.

ここではFreeCAD-Shipをより詳しく学ぶことができます.

導入
FreeCAD-ShipはShip要素に対して処理を行い、この要素は提供される形状のトップレベルに作成されなければなりません. 形状はソリッド、またはソリッドのセットでなければならず、次の条件を満たしている必要があります.


 * 船体形状全体が定義されていなければなりません（対称形の船体の場合を含む）.
 * 右舷形状にはyが負の領域が含まれていなければなりません.
 * 原点(0,0,0)が船体中央断面（船尾垂線と船首垂線の中点）と基準線の交点と一致しなければなりません.

FreeCAD-Ship記号条件

シリーズ60形状の読み込み
FreeCAD-Shipを初めて使うユーザーのためにサンプル形状のローダーが用意されています. 用意されているのはかなり有名な船舶形状です.

サンプル船舶形状ローダーのアイコン

このツール（Ship design/Load an example ship geometry）を実行するとタスクダイアログが表示されます. Series 60 from Iowa Universityを選択してAcceptを押します. するとツールが新しいドキュメントにs60_IowaUniversityの形状を読み込みます.

船舶のインスタンスを作成
船舶のインスタンスを作成するためにs60の形状を選択してship creation toolを実行してください（Ship design/Create a new ship）.

船舶作成ツールのアイコン

船舶作成タスクダイアログが表示され、3Dビュー上にはいくつかの注釈が表示されます. 注釈は船舶作成ツールを閉じると消えるので気にしないでください.

最も関連性の高い船舶データを設定しなければなりません（FreeCAD-Shipは先進的なデータ導入システムを使用しているので基本的な船舶データがわかっていれば基本的な操作を行うことができます. 操作がより複雑なものになればさらに詳細な情報が必要になります）.

船舶データ
主要な寸法をここで設定する必要があります:


 * Length: 垂線間長さ. この船では25.5mとします.
 * Beam: 船幅の全長. この船では3.389mとします.
 * Draft: 設計喫水. この船では1.0mとします.

Lengthの注釈.

通常、垂線間長さは設計喫水に依存します. もしあなたの船の長さがわからない場合は喫水を設定して船首と喫水の交点が得られる様に長さを調整すると長さを得ることができます.

Beamの注釈.

同じことが船幅の調整でも言えます. 必要な値は船幅の全長ですが注釈は右舷半分のみにしか付いていないことに注意してください.

Acceptボタンを押すとプログラムがTags & AttributesダイアログにShipという名前の新しい船舶のインスタンスを作成します. 形状はもう必要ないので非表示にしておきましょう.

船舶インスタンスのアイコン

これ以降、FreeCAD-Shipのツールを使用する前にはShipを選択する必要があります.

外形の製図
FreeCAD-Shipには船舶の外形図を簡単にエクスポートするためのツールが用意されています.

外形図ツールのアイコン

外形図は切断面の集合で、これによって船体形状を規格化されたプロットに船体形状を合わせることができます. 外形の製図では切断面の集合が必要になります.

横断断面
通常、垂線間にはそれを横断する21の等間隔断面が作成されなければなりません. そのためFreeCADには自動でそれを行うためのツールが用意されています. 断面タイプでTransversalを選択し、Auto createボックスを断面数21に設定してからCreate sectionsを押します.

外形線図横断断面のプレビュー

断面の表が埋められ、OutlineDraw と呼ばれる断面のプレビューが表示されます. 通常は船首や船尾にさらに断面を追加します. そういった場所はより複雑な曲線で構成されるからです. 追加を行うには表の末尾に移動して空欄のアイテムをダブルクリックして編集を行います. 確認のために少しやってみましょう. 以下の断面を追加してください:


 * X22 = -12.1125 m
 * X23 = 12.1125 m

船体形状の複雑さに応じて断面プレビューに時間がかかる場合があります.

縦方向断面
二つの縦方向断面 を追加しなければなりません. 断面タイプでLongitudinalを選択してAuto createボックスを断面数2に設定してからCreate sectionsを押します. 断面の表が埋められ、断面のプレビューが更新されます.

水平断面
基準線と設計喫水の間に水平断面を6つ追加しなければなりません. 断面タイプでWater linesを選択してAuto createボックスを断面数5に設定してから（Z = 0 mを考慮する必要はありません. 必要に応じて手作業で追加してください）Create sectionsを押します. 断面の表が埋められ、断面のプレビューが更新されます.

さらにいくつかの水平断面を追加する必要があります:


 * Z6 = 1.2 m
 * Z7 = 1.4 m
 * Z8 = 1.6 m
 * Z9 = 1.8 m
 * Z10 = 2.0 m

描画の実行
スケールで1:100を選択してAcceptを押してください. 描画が行われます. 描画についてのさらに知りたい場合や編集の仕方についてはここを参照してください（バージョンによっては投影された図がおかしかったり、表示されないことがあります）.

外形図の描画

3D断面はそれで作業を行えるように保存されます（複数ソリッドで構成される船体では製図の辺が思い通りのものでない場合があります）.

結果の断面

横断領域の曲線
典型的な船体設計の流体力学的パラメータの一つに横断面積曲線があります. これを使うと船体の動きについての指標をいくつか得ることができます（牽引抵抗、凌波性など）. FreeCAD-Shipでは横断面積曲線を求めるための簡単なツールを用意しています.

横断面積曲線ツールのアイコン

ツールを実行するとタスクダイアログが表示され、自由表面のプレビューが3Dビュー上に作成されます（自由表面のプレビューはツール終了時に消えるので気にしないでください）. ダイアログでの入力データと出力データは次のようになります.

入力データ
喫水とトリム（船体をy軸周りに正方向に回転させると船尾側の喫水が増加します）を入力する必要があります. 船体への荷重の状況によって面積曲線は複数考えられますが、ここでは典型的な二つの場合について考えましょう:


 * 設計横断面積曲線: トリム角無しで設計喫水を使用します. 今回の例では1.0mです.
 * 最大喫水横断面積曲線: トリム角無しで最大喫水を考慮します. 今回の例では2.0mです.

出力データ
複数の関連するデータがリアルタイムに表示されます:

ength: 垂線間長さ. この船では25.5mとします.
 * Beam: 船幅の全長. この船では3.389mとします.
 * Draft: 設計喫水. この船では1.0mとします.


 * L: 垂線間長さ. 船舶インスタンス作成時の値です.
 * B: 船舶作成時に選択された船幅
 * T: 船体中央部での実喫水
 * Trim: トリム角
 * TAP: 船尾垂線上の喫水
 * TFP: 船首垂線上の喫水
 * Displacement: 船舶の排水量（塩水の場合、排水容量を知るためには1.025で割ってください）
 * XCB: 浮力中心のX座標（船体中央部断面に関係します）

Acceptボタンを押すと製図が行われます（形状の複雑さに応じて時間がかかることがあります. 端末上で進捗の確認が可能で、Ctrl+Cで処理を中止することができます）.

あなたのコンピューター上にpyxplotがインストールされている必要があります. これは大きな依存性になるので、デフォルトオプションではありません.

喫水横断面積曲線の設計図

違い（例えば面積曲線が垂線を通過するなどの）を確認するために最大喫水横断面積曲線を求めることもできます.

FreeCAD-Shipは*.eps画像の図面を生成するためにpyxplotを、またそれを*.png画像に変換するためにghostscriptを使用しています. レポートビュー（View/Views/Report view）で出力ファイルareas.datがどこに保存されたかを確認することが可能です. このファイルはデータシートソフトウェア（例えばlibreOffice）を使って読み込むことができます. 他にもいくつかの補助的なファイルが作成されます.


 * areas.dat:断面面積データが保存されます.
 * areas.pyxplot: areas.datシートをプロットするためのpyxplotレイアウト
 * areas.eps: EPS画像（これを編集するのが最も良い考えです）.
 * areas.png: 最終的なPNG画像

新たな横断面積曲線が作成されるとこれらのファイルは上書きされるので取っておきたい場合は別の場所にコピーしてください.

流体静力学
船体安定性の支配パラメーターを知るための流体静力学計算は船舶設計の中でも非常に重要な手順です. 流体静力学的データは船級協会が行う船舶認証時に必須となるデータであり、またこれを荷重条件データ（重量と重心位置）と組み合わせることで船体安定に関する本質的なデータを得ることができます. FreeCAD-Shipでは主要な流体静力学曲線（他のツールではGZ曲線として知られているもの）を求めるためのツールが用意されています.

流体静力学ツールのアイコン

このツールを実行するとタスクダイアログが表示されます. 通常、流体静力学曲線は各トリム角ごとに存在しますがこのチュートリアルでは直立トリミング角の場合（0º）のみを考え、等間隔での各荷重条件の喫水を使用します. どの様な荷重条件が得られるかわからないのであり得る喫水を網羅的に考慮します（通常、できるだけ高い分解能を得るために海軍の設計者は実現可能な喫水に合わせた間隔で行います）.

そういった訳で次のデータを設定します:
 * Trim = 0º
 * Minimum Draft = 0.1 m
 * Maximum Draft = 2.0 m
 * Number of points = 39 点数が多い場合や形状が非常に複雑な場合は長い計算時間が必要になります. 今回の場合、約1分ほどかかります.

Acceptボタンを押すとプロットが行われます.

流体静力学曲線

横断面積曲線ツールと同様に流体静力学曲線ツールはは*.eps画像の図面を生成するためにpyxplotを、またそれを*.png画像に変換するためにghostscriptを使用しています. レポートビュー（View/Views/Report view）で出力ファイルhydrostatics.dat'''がどこに保存されたかを確認することが可能です. このファイルはデータシートソフトウェア（例えばlibreOffice）を使って読み込むことができます. 他にもいくつかの補助的なファイルが作成されます.


 * hydrostatics.dat: 計算された流体静力学データ.
 * volume.pyxplot: 曲線をプロットするためのpyxplotレイアウト
 * volume.eps: 流体静力学的体積のEPS画像
 * volume.png: 流体静力学的体積の最終的なPNG画像
 * stability.eps: 流体静力学的安定性のEPS画像
 * stability.png: 流体静力学的安定性の最終的なPNG画像
 * coeffs.eps: 流体静力学的形態係数のEPS画像
 * coeffs.png: 流体静力学的形態係数の最終的なPNG画像

新たな流体静力学の諸数値が作成されるとこれらのファイルは上書きされるので取っておきたい場合は別の場所にコピーしてください.

FreeCAD-Shipをさらに学ぶ
さあ、これでFreeCAD-Shipについてさらに学ぶ準備が整いました. ここにアイオワ大学のシリーズ60船を使った操作例の第二章があります.