基于船型修改融合方法的参数化建模技术

在船型NURBS表达的基础上,提出两种基于CAD/CFD船型优化流程的不同参数化建模方法:一种是直接以NURBS的控制顶点坐标为变量,实现船型的参数变换;另一种是以母型为基础开发船型参数化融合模块,实现船型的参数变换.利用ISIGHT软件,采用这两种参数化建模方法优化某集装箱船球鼻艏部分.结果表明:船型修改融合方法是具有工程实用价值的参数化建模方法.     

高速船型融合特型球鼻艏的多方案优化设计

[目的]为满足某特殊用途舰船的功能需求,需在艏部加装大型球鼻艏作为特种设备的载体。为克服大型球鼻艏作为特型附体给舰船快速性带来的不利影响,对高速船型融合特型球鼻艏的船型方案进行优化设计。[方法]采用逐步趋近分析方法,对该船型及附体进行多方案对比分析,利用数值模拟的方式优选阻力性能好的船型,并通过模型试验进行验证。[结果]结果表明,最终优化形成的圆舭型融合圆柱形球艏船型是满足布置需求且快速性能兼优的船型。[结论]在相同计算条件下,数值模拟能够较精准地预报各船型方案间的阻力差别,所提出的多方案优化设计方法是优化船型行之有效的方法。     

基于圆球型球鼻艏构型的兴波阻力减阻特性分析

球鼻艏减阻的机理至今尚未完全清晰,开展基于圆球型球鼻艏构型对兴波阻力影响机理的研究,对揭示球鼻艏的减阻机理,充分发挥球鼻艏对水面舰船的消波减阻效果具有基础性的重要意义。针对DTMB 5415船型,利用CFD计算软件STAR-CCM,分析前伸出球鼻艏主要构型参数对兴波阻力的影响及其机制。设置几组前伸出球鼻艏,其主要构型参数的前伸量与半径各异,结合采用已知试验数据和CFD计算数据分析阻力的变化规律,以及球鼻艏减阻的机理。结果表明,在特定的傅汝德数条件下,球鼻艏纵向位置和半径对兴波阻力的影响较为显著。     

渔船球鼻艏参数优化研究

优化球鼻艏形状可以改善船舶阻力性能.本文以阻力最小为目标,提出了一种渔船球艏优化方法.首先对渔船球鼻艏进行参数化建模,以球鼻艏的设计参数作为设计变量,利用敏感性分析方法结合CFD技术对设计变量进行灵敏度分析,甄别出对阻力性能变化最为敏感的若干设计变量;然后,使用穷举搜索法对样本空间进行采样,并通过CFD技术进行阻力预报;最后建立阻力系数与设计变量之间的替代模型,利用遗传算法优化渔船性能,获得阻力最优对应的球艏形状.研究表明,在设计工况,采用该方法优化后的船型较初始船型总阻力降低2.68％.     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

参数化方法的中型豪华游船特殊球艏线型优化

以一艘中型豪华游船为例,在分析豪华游船船型特点的基础上,对其球鼻艏线型进行了优化.优化过程中采用参数方法生成了一系列球鼻艏线型,通过CFD方法对其兴波阻力和总阻力进行评估分析,并通过灵敏度分析得到对阻力影响最为显著的参数,获得了阻力性能较好的球鼻艏线型方案.最后通过模型试验对优化线型进行了模型试验验证,试验结果表明文中优化的线型具有良好阻力性能,为进一步开展豪华游船线型设计提供良好的技术参考.     

基于响应面的渔船球鼻艏参数分析及多航速自动优化

远洋金枪鱼围网渔船是一种中、高速的作业型船舶,加装球鼻艏并进行优化可以有效降低其兴波阻力。通过一种改造型值的球鼻艏变换方法,由球鼻艏的长度、宽度、高度及尖点高度参数直接生成用于CFD计算的船体型值,可以快速探讨球鼻艏对兴波阻力的影响。兴波阻力的计算采用Rankine源势流理论,运用试验设计方法生成球鼻艏参数对兴波阻力影响的响应面模型。该模型表明,各参数的影响是复杂且耦合的,难以呈现单调的规律性,且在不同航速下其影响规律也有差异。优化球鼻艏的过程选用结合响应面的快速优化方法,通过优化,发现传统的对单一设计航速的优化可能会出现在较低的服务航速下阻力增加的情形,而采用多个航速的阻力优化方法则在设计航速与服务航速下同时具有减阻节能效果。     

一种曲面插值算法在球鼻艏形状优化中的应用

文章着眼于球鼻艏设计,提出一种球鼻艏几何形状的插值表达方法,把球鼻艏的设计参数减少至5个,提出采用多岛遗传算法数值优化兴波阻力的球鼻艏设计方法。最后,对KCS船的球鼻艏进行了优化设计,结果显示,其兴波阻力较原方案降低了10%,初步验证了该设计方法的有效性。     

中型豪华游船直立艏型线设计和优化研究

为改善一型7万总吨级中型豪华游船的经济性和舒适性,在常规球艏优化方案的基础上,开展直立艏的型线设计和优化研究。首先,针对多个典型营运速度下的阻力性能,应用型线优化软件CAESES和CFD软件SHIPFLOW组成的数值优化平台,采用全参数化方法,对船艏型线进行自动优化。然后,应用NUMECA-FINE/Marine软件,对优化方案在经济航速、巡航速度和设计航速三个工况下的静水中的阻力进行更为精细的数值验算,确认优化效果。最后,对常规球艏和优化的直立艏两个方案分别开展模型静水阻力试验和波浪中的阻力试验。静水中的试验结果证实,直立艏优化方案在三个典型航速下的阻力都明显小于常规球艏方案;设计吃水、设计航速下迎浪规则波中的试验结果表明,相比于常规球艏方案,直立艏优化方案的波浪增阻明显更小,垂荡和纵摇响应总体上也有所减小,营运经济性和舒适性都能得到一定程度的提升。     

水面舰船可调型球艏设计与分析

考虑到固定式球艏对船舶减阻能力随航速变化敏感,为了避免固定式球艏在兼顾多个航速下减阻的局限性,提出可调型球艏设计思路,依托CFD软件STAR-CCM数值模拟对可调型球艏设计方案构想进行理论验证,根据阻力对比和优化确定球艏静态参数,根据波形计算和比较确定球艏动态参数。通过静态参数的建立和动态参数的预报,将可调型设计方案具体化。计算结果显示,可调型球艏能够实现低速阶段不增速,中高速阶段减阻显著的目标。     

基于Operational Profile的牲畜船型线优化研究

文章利用CAESES和SHIPFLOW软件组成的优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法通过参数化建模技术实现船型的自动变换,并通过遗传算法结合兴波阻力系数的势流计算对最佳阻力船型进行搜索。以某牲畜船为研究对象,通过该优化平台对考虑实际航行工况(operational profile)下阻力最佳的直艏和隐形球艏设计方案分别进行了最优值搜索,最后通过RANS方法计算总阻力并对优化结果进行验证。研究结果表明,提出方法优化后的两种船型总阻力均降低明显,说明选用的船型自动优化方法是可行的。     

基于母型船的船体线型优化设计研究

为满足MARPOL公约新要求,某科考船的后续船型燃油舱需采用双舷侧外板保护,船体宽度较母型船增加。为降低后续船船体宽度增加引起的阻力,利用CFD方法分析母型船船模及宽度增加后的流场、阻力特点,确定降低后续船的兴波阻力为重点优化方向。通过改变球鼻艏参数降低船体兴波阻力,根据多种改型模型的CFD计算结果,确定了较优的球鼻艏参数,有效降低了后续船的阻力。     

耙吸挖泥船艏喷喷嘴结构设计优化方法

文章针对耙吸挖泥船艏喷喷嘴，以喷嘴出口半径、延伸段长度、喷嘴特征长度、艏喷管径为母型参数，计算不同喷嘴特征参数下的喷射特性，并构建出口喷射速度、喷嘴应力及散落度参数化函数，采用熵权法进行参数权重分析，形成一套耙吸挖泥船艏喷喷嘴结构设计优化方法。本文的研究成果对耙吸挖泥船艏喷喷嘴喷射特性的研究，以及完善耙吸挖泥船艏喷喷嘴的结构设计具有重要意义。     

基于Grasshopper的参数化球鼻艏生成方法

针对在球鼻艏减阻优化设计循环中手动建模方法无法满足需要的问题,提出了利用软件Grasshopper开发一种新的参数化球鼻艏生成可自动变形的球鼻艏的方法。该方法首先定义了球鼻和主船体之间的过渡区域,通过过渡区域的自由变形,实现了球鼻与主船体的光顺连接。然后实现生成的球鼻艏可以根据输入参数的变化自动修改形状。最后将该方法应用在一艘集装箱船体上。结果表明:该方法可以高效地应用于商业船舶的参数化球鼻艏建模。     

基于形状参数的球艏参数化设计

对球艏曲面的参数化建模方法进行了系统研究,首先对球艏的纵向特征曲线和横截面曲线进行参数化建模,将曲线的生成问题看成是一个约束优化问题,目标函数反映了曲线的光顺性,形状参数集则构成问题的等式约束条件,设计变量为曲线的控制顶点坐标。对于球艏曲面的建模则采用改进曲面放样法,即在生成曲面的过程中考虑纵向曲线的光顺性,使得生成的曲面不仅插值通过各条球艏截面曲线,同时具有较好的光顺性。     

集装箱船球鼻艏改型设计方法

文章利用CFD数值模拟仿真计算,对主动降速航行后的集装箱船进行球鼻艏改型设计,并将计算结果通过船模试验进行验证,使船舶球鼻艏改型后的综合阻力降低5%。     

84000立方米VLGC线型优化设计与研究

论文介绍了为VLGC船设计的常规球鼻艏型、隐形球艏型两种船首方案的初始线型,并对两种方案进行了前体兴波优化和比较分析,最终选用常规球艏,获得较弱兴波。对后体,在满足了主机布置的前提下,延长了去流段,降低了粘压阻力。本例设计优化工作中,运用阻力评估软件Rapid优化线型,经历了两次船模试验的验证,线型优化后的方案3较优化后的方案1_Opt,可提高航速0.2kn,或在相同航速时可降低5%左右的功率。在工作前期利用Rapid评估线型之优劣,后期利用Star-CCM+作进一步确认,两款软件对线型优劣的评估与试验结果一致,说明CFD优化设计工具具有一定的可靠性。     

基于CFD的金枪鱼延绳钓渔船球鼻艏形状研究

以49.5 m金枪鱼延绳钓渔船为研究对象,为了得到具有较好阻力性能的球鼻艏,首先设计撞角型球鼻艏,通过CFD方法得到撞角型球鼻艏渔船的阻力性能并与模型试验结果进行比较,两者吻合较好;然后通过改变球艏的伸出长度、形心浸深和体积为该船设计水滴型和S-V上翘型球鼻艏,对水滴型和S-V上翘型球鼻艏形式的船体阻力性能进行数值模拟。通过比较三种不同球鼻艏形式下船体的阻力性能,结果显示:该型延绳钓渔船使用撞角型球鼻艏具有较好的减阻效果。     

新型中型海洋救助船线型开发与研究

结合新型中型海洋救助船的功能需求和主尺度特点,对其快速性特征进行分析。运用CFD方法,首先对初始方案的线型进行静水阻力计算,然后根据流场信息,分别对球鼻艏、前体线型以及分水踵进行优化,得到了最终方案,阻力比较初始方案有了大幅降低。将最终方案进行模型试验,模型试验结果与CFD计算结果吻合良好,证明了优化过程的正确性以及最终方案阻力性能的优秀。     

基于波浪增阻的长球艏球艉双体风电维护船研究

根据中国海上风电场维护船的使用要求和航行的环境特点,选取快速性和耐波性良好的长球艏球艉双体船作为风电维护船船型。利用基于CFD的数值仿真方法模拟长球艏球艉双体风电维护船在波浪中的纵摇和升沉运动,计算其波浪增阻。研究球艏球艉长度和片体干扰对长球艏球艉双体船在波浪中阻力性能的影响,为球艏球艉双体船以及风电维护船的船型设计与优化提供参考。