优化船型设计与研究的数学方法

针对给定的船型讨论了一种基于拖曳试验数据获得的最小阻力船型参数集的数学方法，并给出了一个阻力最小化的水动力实例，描述船型大约需要10个形状参数，根据相似性原理，将它们转为无因次数，选择设计状态下的总阻力系数作为目标函数。在约束条件下寻找最小阻力系数，这就形成船型参数相关性的条件，因为该条件在试验数据范围内并接近其平均值，反复搜索的过程就是在可行域内连续地构造船型的过程，在构造过程中，由于相关性的原因，一个主尺度改变会影响到其他主尺度的变化，使得设计过程更加困难，介绍的方法解决了这一难题。所讨论的方法不仅可以应用于阻力最小化中的水动力学问题，而且可用于结构失稳，振动和变形中能量最小化问题，以及保证可靠度下的重量最小化分析。     

低速肥大型船舶阻力成分分析

以低速肥大型船舶的系列模型试验为依托，分析了船模和实船各阻力分量在不同傅氏９数下随船型参数变化的变化趋势，给出阻力分量随船型变化的平均曲线，结合另外１０型肥大型船舶及３个系列，初步给出了低速肥大型船舶船模和实船各阻力分量占总阻力百分比随傅氏数变化的曲线。     

浅水急流机动驳新船型不同水深试验研究

根据乌江现有航道条件、在多方案技术经济论证和大量的机动驳模型试验研究的基础上，提出了具有上滩能力强、下水操纵性能好的适合乌江浅水急流航区的新一代水滴形双尾机动驳船型及船舶主尺度；对该船做了深水船舶快速性试验，并分别进行了不同水深吃水比和不同水深的船模浅水阻力试验、螺旋桨敞水试验及船模自航试验，探讨了不同水地浅水充航区机动驳船型快速性能的影响。     

高速方艉船型功率预报方法——基于速度的再同归

尽管过去30年来在开发半滑行艇功率预报工具方面作出了巨大努力，但这些工具中先天性的不足限制了它们在船上的应用。本研究试图去克服某些限制，它是对早期方艉船应用回归分析进行速度／功率预报研究的延伸。早期的工作用不依赖速度的统计模型计算剩余阻力，取得了满意的结果。然而，鉴于阻力数据的统计分布和与速度不相关的回归模型的固有性质，预报的速度功率曲线在一定场合呈现出不连续现象。因此，目前的研究使用与速度相关的回归模型，对此作了深入的分析。这项研究的结果良好．因而可向造船工作者提供一种有用的功率预报工具，适用范围从高速圆舭巡逻艇到大型方艉排水船型。     

船模阻力试验测量系统在适航水深试验研究中的应用

利用适航水深技术首先要确定适航淤泥重度值,主要通过流变试验和船舶试验来确定。在目前尚无实船试验条件的前提下,应用船模阻力试验测量系统测定船模阻力与淤泥重度的关系是一种较为直观的方法。船模阻力试验测量系统由计算机控制船模以不同速度在试验泥样中航行,通过拉压力传感器及多功能数据采集卡采集阻力数据,船模阻力数据可以通过船模阻力换算公式换算为阻力值;系统配有泥样搅拌装置,可将泥样搅拌均匀。通过参数标定,系统的速度控制误差及阻力测量误差均小于1%。通过试验实例说明,船模阻力试验测量系统可以为合理确定适航重度提供可靠依据。     

采用Green-Naghdi方程和有限元法计算浅水船波

采用波动方程／有限元法求解Green-Naghdi(G-N)方程计算船舶在有限水深区域的兴波和波浪阻力。把行驶船舶对水面的扰动作为移动压力直接加在Green-Naghdi方程里，以描述运动船体和水面的相互作用，并经此来计算不面波动、船底水动压力和波浪阻力。G－N方程比浅水方程增加一个非线性的频散项，以补充有限水深对浅水船波的影响。采用随船运动网格的有限方法，以Series 60 CB=0.6船作为算例给出浅水船波的计算结果，并与浅水方程的结果进行了比较。计算结果表明，当船速小于临界速度时，由于频散的影响，G－N方程级出的船后尾波波高比浅水方程的结果大，同时波浪阻力也比浅水方程的结果有所提高。当船速大于临界速度时，G－N方程的计算结果与浅水方程基本相同，频率散射无明显影响。     

浅水航道对标准船模KCS的影响研究

基于流体软件STAR-CCM+,应用欧拉多相流、VOF波、6-DOF等物理模型和K-Epsilon湍流模型,分析了不同水深条件下KCS船模的阻力及粘性绕流场的特性。通过改变数值水池水深,比较了深水状态与浅水状态下的阻力差异;分析了浅水中船舶周围的粘性绕流场分布情况。研究发现:随着水深减小,浅水效应对船体阻力的影响显著,流速增大,压力降低,船体下沉,吃水增加,阻力增大;船体兴波波幅增加明显,作用面扩大,兴波阻力增大。     

基于多种组合优化算法外形优化设计

针对船型特征参数和特征参数曲线对船体阻力性能的影响,首先利用CAESES软件建立完全参数化船体模型,并用FINE/Marine软件进行水动力性能计算,并与试验结果进行比较,验证了数值模拟的可靠性。对船型进行优化时,以设计航速2.02 m/s下的总阻力为优化目标,利用2种组合优化算法进行分析,发现第1种Sobol算法和NSGA-II算法组合优化算法具有优势。船型优化后球鼻首发生了显著变化,球鼻首变为抬首型球鼻首,其中,球鼻首的长度和宽度变化对船体阻力影响不大,基本上可以忽略。在设计航速下,优化后的总阻力减少14.89%,摩擦阻力减少0.43%,剩余阻力减少36.9%。     

超浅吃水宽幅船型阻力的实用估算法

本文通过实例验证基尔斯修正母船阻力估算法，证实它可作为估算超浅吃水宽幅船型阻力的一种实用方法，供设计人员在设计中使用。     

赤水河机动驳新船型浅水快速性能试验研究

针对两艘机动驳船,其一为赤水河现有优秀船,隧道尾型称为对比船,其二为武汉理工大学开发研制的双尾新船型,称为设计船,进行了不同水深、不同装载工况的浅水阻力性能、推进性能试验研究.探讨了不同船型、水深变化和装载工况变化对船舶浅水快速性能影响,给出了一些有益的结论.     

三峡升船机锁定机构单点保压失效时小齿轮受力变化

通过对三峡升船机船厢水深与锁定机构设定特定的研究条件，分析锁定机构单个驱动点保压失效状态下小齿轮受力变化和船厢水深对锁定机构受力的影响，通过研究不同条件下小齿轮的受力特点、动作规律，使用数学方程核算船厢倾斜状态对锁定机构受力的影响，从理论上得出此研究条件下小齿轮受力的定性和定量变化规律。结果表明，锁定机构的保压性能失效会引起船厢驱动机构的受力变化；船厢倾斜对锁定机构动作的允许偏载水深是有影响的，但此影响较小。     

基于遗传算法的最小阻力船型优化设计

遗传算法是一种全局最优化算法,它能够克服传统优化方法的缺点和不足,从而获得全局最优解。因此,为了获得阻力性能更好的优良船型,将遗传算法进行适当改进并用于船型优化中,进行最小阻力船型优化设计,以非线性兴波阻力理论(Rankine源法)为基础,利用遗传算法并结合CAD技术进行船型优化设计。在优化过程中,把总阻力作为目标函数,设计变量取船型修改函数的参数,确保排水量为基本约束条件下,对船体前半体型线进行优化研究。选取某高速巡逻艇作为初始船型进行优化计算,获得的最优船型总阻力降低了13.1%,兴波阻力降低了21.7%,表明遗传算法用于船体线型优化设计是行之有效的。     

船舶进、出闸室(或船厢)速度的商榷

分析了阻力、允许速度及模型试验与实际运转条件的差异 ,为确定船舶 (队 )进、出闸室 (或船厢 )的速度 ,进行了初步探讨 ,提出依据和建议。     

香港与新加坡的平均载箱量

随着世界集装箱船舶的大型化，一些超大型船舶的吃水可达14m．而多数港口航道的水深却在-12m以下。那些水深不足的港口．面临着整治航道与建设深水泊位的艰巨任务。因而，它们必然要关心各种水深相对应的船舶吃水及其到达本港的机率，以便在财力允许的条件下，安排施工的目标与进度。这就需要对集装箱船的舱位利用率作调查研究。     

水下采油树阻力系数试验与数值模拟

为了给来流条件下采油树水动力荷载计算提供基础数据，建立水下采油树数值模型。基于有限体积法，采用商业软件STAR-CCM+，对采油树模型拖曳试验进行数值模拟，计算得到13种拖曳速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数，并在此基础上提出一种新的水下采油树模型拖曳试验方法，开展了39组拖曳试验，得到13种速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数。结果表明：阻力和阻力系数的试验数据与数值仿真数据基本保持一致，验证了结果的准确性和可靠性；水下采油树模型各方向阻力随拖曳速度的增加呈二次关系增加，阻力系数随速度的增加基本保持稳定；纵向、横向和垂向的阻力系数平均值约为0.432、0.479和0.446。数值模拟和试验得到的采油树阻力和阻力系数可为采油树水动力荷载计算提供关键基础数据。     

基于势流理论的双艉船型阻力计算研究

双艉船型是一种高效节能船型，为了评价其阻力性能，以势流理论为基础，采用Rankine源法来计算带双尾川江2000吨级成品油船的兴波阻力，根据三因次换算法获得总阻力，通过与试验值相比较表明，数值计算得到的阻力系数、波高和波形图能够较好地反映实际船体的兴波情况。     

基于阻力性能的高速双体船水动力构型优化

船舶快速性是影响航运经济的关键因素之一,以某双体船为对象,设计一种阻力预报与优化方案并成功降低其阻力:运用数值模拟技术,结合Lackenby变形方法,改进船体型线,并进一步通过调整片体间距优化阻力性能。结果表明:优化后的船型具有良好的阻力性能,与原船型相比,在设计工况Fr=0.572下,剩余阻力系数可减少13%;片体间距优化后,船体总阻力进一步明显降低。基于以上结果,本文提出的预报方法及优化方案能够有效地用于高速双体船性能预报及优化设计,可以为相关研究提供技术支持。     

KCS艏艉型线优化及其对推进效率的影响

对KCS的船首和船尾型线优化开展研究。船体采用径向基函数描述，艏部型线以减小总阻力为目标，艉部型线则侧重于降低尾流不均匀度，以期提高推进效率。在优化过程中，利用基于拉丁超立方采样点构建Kriging近似模型替代直接计算流体力学（CFD）模拟。分别采用多岛遗传算法和非支配排序遗传算法-Ⅱ开展单目标和多目标优化，避免优化的早熟。结果表明，在服务航速下，优化船型的总阻力降低了1.36%，优化船型的伴流目标函数降低了10.2%。在此基础上，进一步针对优化过程中产生的3个优化船型以及原始船型，选用KP505桨进行自航模拟，结果显示虽然阻力有些许增大，但伴流不均匀度明显降低的优化船型的推进效率更优，相对于原始船型，其推进效率最高提升了1.08%。     

非线性规划法的最小阻力船型研究设计

以往采用模型试验方案缺少对阻力函数分析,导致设计效果较差。为了获得阻力性能优良船型,利用非线性规划研究最小阻力船型。以兴波阻力、粘压阻力和平板摩擦阻力之和的总阻力为目标函数,设计变量,以此修改船型参数。设置基本约束条件,结合最小阻力船型优化流程,分别对改良后的横向剖面和线型进行分析,由此完成最小阻力船型设计。以集装箱船为试验对象,对比分析模型试验方案和非线性规划方案船型所受阻力情况。由对比结果可知,明显降阻效果证实非线性规划方案更为合理。     

新世纪我国内河船型发展展望

本文先简要地分析我国内河船型的大致情况，为了适应国民经济的发展和加入ＷＴＯ后与发接轨，作者提出新世纪我国内河船型的发展方向应该为：不断推进和完善常规船型的标准化系列化：超前地积极地开发新型专用船型，填空补白，适时发展；大力开发高性能船型，开创高速水路，振兴内河航运、通过船型的不断优胜劣汰、结构调整、技术创新、更新换代、显著改变内河航运的面貌，提高在市场经济条件下的竞争能力。