公务船线型及附体综合优化研究

我国海洋形势日益严峻,研发公务船有利于增强远海执法能力.选取某型公务船,基于先进的CFD技术,对其原型方案进行数值模拟并与模型试验结果进行对比分析,基于原型,通过对横剖面面积纵向分布,舵、呆木、支架、尾鳍、尾封板和球艏进行优化,获得不同组合的优化线型.CFD数值模拟结果显示:在设计吃水,设计航速工况下,原型方案的CFD数值模拟结果与试验值吻合良好;优化线型的阻力性能较原型降低显著,最大达到25.4%.     

基于CFD实尺2339标准箱集装箱船的阻力分析和实船验证

基于计算流体力学(CFD)方法对2339标准箱支线型集装箱船进行实尺数值模拟阻力预报。首先建立NUMECA/HEXPRESS全六面体非结构网格,采用湍流K-Omega(SST)-Menter模型进行数值模拟,计算其在压载工况下不同傅汝德数时的阻力;然后将CFD数值计算阻力结果同实船试航阻力进行比较与分析。结果表明:CFD数值模拟同实船以及实验结果趋势一致,误差较小。论文所述CFD分析方法对船舶的线型设计、优化和航速预报,具有一定的指导与参考意义。     

某客滚船主尺度变化对阻力性能的影响

[目的]从节能减阻方面对客滚船的主尺度比进行研究。[方法]利用模型试验和数值模拟的方法,研究船舶主尺度比(长宽比L/B、船宽吃水比B/T)变化对阻力性能的影响。[结果]结果表明,某700客位客滚船不同L/B方案之间的有效功率在较低航速时最大差异仅为150 W,在较高航速时最大差异增大到1300 W;不同B/T方案之间的有效功率在较低航速时最大差异为170 W,在较高航速时最大差异仅为300 W。[结论]研究发现:增大L/B值能够明显减小实船航速对应的模型阻力和实船有效功率;不同B/T方案的实船有效功率相差不明显。     

尺度效应对全附体潜艇阻力数值计算结果的影响

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将雷诺数为1.2×107时的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性 采用不同数量的网格分别对不同尺度的SUBOFF模型在高雷诺数条件下的流场进行数值模拟,研究网格数量和艇体主尺度大小对高雷诺数条件下潜艇阻力计算结果的影响,通过对计算结果的分析,获得了尺度效应和网格数量对潜艇阻力数值计算结果的影响规律。     

长江—乌江干支直达客船设计研究

本文介绍了长江－－乌江干支直达客船主尺度方案的选取，以及本船采用尖首双尾线型的设计要点，通过模型实验和实船测试表明，该船达到了预期的设计效果，具有良好的快速性。     

基于CFD的深水4000吨铺管起重船线型优化

深水4000吨铺管起重船是中海油设计建造的中国第一艘深水铺管起重船。论文采用经验分析与数值模拟相结合的方法对其进行线型优化研究。首先通过数值模拟,对母型船进行详细的流场分析。基于流场分析结果,进行有针对性的线型优化。采用相同的计算方法对相同工况的三种优化船型进行数值模拟,并与母型船阻力、流场进行对比分析。结果表明三种优化方案的流场得到了很大改善,均避免了母型船出现的较大尾涡,且阻力系数均较母型船大幅度减小。可见改型取得了良好成效。     

海浪流场作用下的邮轮实船运动仿真

邮轮推进器的选择对于船舶营运影响重大,为了获得适应真实海况的邮轮,有必要研究风浪流对船舶航行的影响。本文针对大型邮轮在真实海况下顶浪航行的运动响应和阻力变化等问题,基于CFD方法建立了数值波浪水池,对实船尺度下的网格划分依据收敛性进行调整,以JONSWAP海浪谱为基础模拟了不规则波浪的生成与传播,并通过对实尺度船舶在多种海况下顶浪航行的数值模拟得到实尺度船舶在海浪中航行时的阻力值变动及运动响应情况,通过对比分析研究了不同海况对船舶顶浪航行的影响。对实船在真实海况下的仿真与预测为实际邮轮推进的选型提供了依据。     

长江中游戴家洲河段航道整治工程数值模拟研究

应用数值模拟方法,对戴家洲洲头不同地形下的水流特性、洲头分流面等进行了认识性计算分析。计算分析结果表明,该河段航道整治在选汊以及工程布置等方面都应以数值模拟认识性计算结论为基础。通过大量方案计算,数值模拟得出了该河段航道整治总体工程方案,整体方案工程经系列水文年过程校核,可以满足该河段远期规划航道尺度要求。     

三因次换算方法中相关补贴系数△CF计算方法的探讨

本文通过对20000～150000吨级的30余艘肥大型单桨运输船舶在我所拖曳水池做了与试航状态排水量与吃水相一致的船模对比试验的分析与比较，提出了一种适应于我所水池用三因次换算的相关补贴系数△CF(或称粗糙度补贴系数)的取值方法。通过计算表明，用该方法预报的实船功率与实船测量结果基本一致，且计算得到的推进因子可信度较好，功率相关因子CP为1左右，转速相关因子CN也接近1。本方法对于其它水池△CF的取值(也即Ks的取值)有参考价值。     

基于FLUENT的大型集装箱船航速预报方法研究

根据阻力的三因次分析方法计算船舶航行的阻力成份。采用不同的网格划分和离散算法以及相应的控制方程,使用基于CFD的FLUENT软件平台进行数值求解,处理黏性阻力与兴波阻力的计算结果,实现对实船航速的预报。以大型集装箱船作为算例,将数值计算结果分别同模型试验和实船试验结果进行了比较,结果表明采用该数值计算方法得到的实船航速预报结果可达到工程设计应用的精度。     

液化气运输船温度场分布研究及钢材匹配

以6500m^3液化气运输船为研究对象,基于通用大型有限元分析软件PATRAN/NASTRAN,研究了该船液罐鞍座及其附近船体结构的稳态温度场。建立了该船舱段三维有限元模型,计算了结构吃水下鞍座及其附近船体结构的温度场,结合材料的最低许用设计温度确定鞍座及其附近船体结构的钢级和设计板厚。     

船舶初步结构设计模型向有限元模型的转换技术

针对目前船体结构规范计算、有限元分析和生产建模过程中存在的重复建模的问题,研究了船舶初步结构设计模型向有限元模型转换中的几项关键技术,提出了模型转换的方法,开发了模型转换软件,并在16 500t液化气船上进行了局部应用,收到了一定的效果,值得进一步推广应用。     

大型巡航救助船快速性研究

结合大型巡航救助船的功能需求和主尺度特点，对其快速性能进行分析。运用计算流体力学(CFD)技术对原型方案的线型进行阻力性能计算，依据计算信息，分别对首轮廓线形状、球首、呆木以及支架进行优化，得到最终方案，阻力相比原型方案有了大幅降低。将最终方案进行模型试验，模型试验结果与CFD计算吻合良好，证明了本船所采用的优化方法是可靠可用的。     

船后喷水推进器水下辐射噪声源脉动流场的数值计算

为避免尺度效应对噪声性能的影响,文章研究探索了在实尺度条件下装船后喷水推进器噪声声源的数值计算方法。首先,基于分离涡模型对国外某喷水推进泵内部非定常流场进行了数值模拟,将计算得到的不同转速下泵的功率值与厂商提供数据进行对比,最大误差在2.0%以内,验证了数值计算方法的准确性和有效性。其次,完成了实尺度条件下某"船体+喷水推进泵+进水流道"系统带自由液面的非定常流场的数值计算。提取了实船条件下喷水推进器流道进口处的不均匀速度场,将其加载到单个喷水推进器数值计算模型的进口边界。进而,采用分离涡模型对该船后"喷水推进泵+进水流道"内部非定常流场脉动压力进行数值计算,分析了各个特征截面压力脉动的频域特性,为下一步准确计算喷水推进器噪声提供了有效的脉动流场信息。     

型船空船重量推算法

推算型船的空船重量是船舶总体设计人员在确定设计方案或进行设计审核时常要做的关键性工作。利用静水力曲线的近似计算公式,分别根据型船设计吃水和结构吃水两个载重量来推算空船重量,并与其他方法进行比较 可供总体设计人员对型船分析换算时作为参考。     

用逼近目标规划模型进行潜艇耐压船体最佳设计

本文把最大限度地发挥结构最佳尺度和材料最优性能作为潜艇结构优化设计的第一追逐目标,运用目标规划模型,建立单目标非线性约束优化的目标规划模型,求解连续与离散混合变量的最优解,并全部圆整到规格化变量,最后获得规格化设计变量关于满应力设计和耐压船体较轻重量的相对有效解.     

中型豪华游船波浪增阻数值模拟分析

船舶在波浪中航行时由于波浪的扰动阻力较静水中有所增加,称作船舶在波浪中的增阻现象。文章对某中型豪华游船在设计航速下,进行静水和不同波浪条件中的三维粘流流场数值模拟及模型试验验证。为后续型线设计提供依据,有较好的实际应用前景。     

潜艇操纵性水动力数值计算中湍流模式的比较与运用

湍流模式的选取对潜艇操纵性水动力数值计算精度有着重要影响,采用六种湍流模式计算了SUBOFF主艇体及主艇体加指挥室围壳两种模型在一定漂角范围内的潜艇操纵性水动力,并与试验值进行了比较,结果表明SSTk-ω模型更为适合潜艇操纵性水动力计算。在此基础上对SUBOFF全附体模型在一定漂角和攻角范围内的艇体水动力进行预报计算,并对该计算方法应用于潜艇操纵性水动力预报计算的计算精度与适用范围进行了探讨。     

Influence of different topological variants on optimized structural scantlings of passenger ship

For a multi-deck ships with extensive superstructures (such as passenger and cruise ships, RoPax, mega yachts, etc.) the global structural response can be particularly complex. The influence of the superstructure to the primary strength for those multi-deck ships must be considered from an early design phase. Main global topological parameters (e.g. size of side openings, position and stiffness of longitudinal and transverse bulkheads, etc.) have dominant influence on the shape of hull girder stress distributions over the ship height. The Taguchi concepts and techniques (FFE, orthogonal arrays, ANOVA, etc.) could be used to systematically study influence of multiple topological parameters on the global structural response obtained by FEM analysis. It also enables rational identification of the most dominant parameters and provide designer with the near-optimal level of each topological parameter for the defined design objective. It has been demonstrated how different topological variants can lead to different optimal structural scantlings w. r.t chosen design objectives (mass, VCG, etc.), using simplified full ship 3D FE model of passenger ship as an example. Structural design software MAESTRO and in-house developed framework for the design support system DeMak – OCTOPUS Designer were used as a structural optimization tool. This paper aim to extend the standard scantling optimization by introducing topological aspects as a first STEP in overall optimization procedure.     

基于Excel-Mars2000-Isight平台的油船中横剖面结构尺寸优化

散货船和油船共同结构规范(CSR)规定了船体梁总纵强度、局部强度、屈曲强度、疲劳强度等要求。目前,对油船中横剖面结构尺寸优化的研究较多,但设计约束条件通常比较简单,较少考虑CSR中的多种约束条件和载荷,因此优化结果的实用性有待商榷。由于CSR规范条文较繁琐且不断更新,考虑利用船级社规范校核软件进行符合描述性要求的规范计算,在通用优化平台Isight中集成Mars2000软件,实现剖面尺寸自动优化。根据上述优化思路和流程,开发了基于Excel-Mars2000-Isight平台的油船中横剖面结构优化工具。