美国海军水面舰船的多学科设计优化（二）

考虑到分析阶段所选用的计算工具以及数学模型的复杂程度和计算成本，在MDO过程中提出了两个极端位置。本文的目的是研究MDO方法在船舶设计优化方面应用的某些有利之处。因此，本文没有将重点放在MDO方法在复杂水流问题计算程序的运用方面，分析阶段工作在采用非常简单的模型基础上已经     

多学科设计优化算法研究综述

随着多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)技术的发展,它将成为优化设计的大趋势。为了能够更好地运用MDO来解决船舶设计优化问题,本文对近年来发展的MDO算法进行系统梳理和分类,对发展已较成熟的几种算法进行简要介绍,对新发展的几种特殊算法应用环境、性能特点进行重点介绍;最后,对MDO算法研究存在的不足和今后发展趋势提出了若干建议。     

多学科设计优化算法研究综述

随着多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)技术的发展,它将成为优化设计的大趋势.为了能够更好地运用MDO来解决船舶设计优化问题,本文对近年来发展的MDO算法进行系统梳理和分类,对发展已较成熟的几种算法进行简要介绍,对新发展的几种特殊算法应用环境、性能特点进行重点介绍;最后,对MDO算法研究存在的不足和今后发展趋势提出了若干建议.     

大排水量长度系数中高速船阻力计算方法

船型设计的关键技术之一是其水动力性能的预报,而静水阻力预报则是其水动力性能预报的重要内容。针对某大排水量长度系数中高速船,在运用传统的阻力近似估算方法、船舶计算流体动力学(CFD)技术进行计算模拟的基础上,进行船模试验,并将其总阻力和有效功率计算结果与船模试验结果进行比较分析,从而说明适合大排水量长度系数中高速船的阻力计算方法。     

多学科设计优化方法用于船舶设计

为了提供更好地满足不断提高的军方和商业市场需求的产品.现代船舶设计需要获得真正的最优设计.它需要综合考虑所有学科以及它们之间的相互关系.船舶设计中涉及到的学科数目是如此众多,它们之间的相互关系是如此复杂以至于需要寻求一种新的设计技术来替代传统的设计螺旋方法.多学科设计优化(MDO)方法正是一种新的广泛应用于复杂工程系统的设计方法.在本文中,我们主要介绍了中国船舶科学研究中心将MDO应用于船舶设计的研究情况.我们应用iSlGHT软件集成美国弗吉尼亚大学公布的CGX设计模块来演示将MDO方法应用到船舶设计的整个过程,获得了比他们更优化的解.CGX模块也用来说明我们提出的子系统划分的概念.最后,基于我们的研究经验,我们也总结了一个在船舶设计中应用MDO方法的一般应包括的内容.     

多学科设计优化方法在潜艇概念设计中的应用研究

多学科设计优化方法(MDO)是从航空领域兴起的一种针对复杂工程优化设计的有效求解方法.该文针对潜艇设计的复杂性特点,探索MDO在潜艇概念设计中的应用.首先,文中建立了包括水动力、推进、重量、性能和成本共5个学科分析在内的数学模型,然后采用MDO方法--协同优化方法(CO),对同时包含连续设计变量和离散设计变量的潜艇系统,进行了以最小化建造成本为目标的多学科设计优化,获得了优化结果.结果表明:相对于传统设计方法,分布式、并行的协同优化方法CO更适合潜艇系统的设计.     

小水线面双体船阻力预报研究

小水线面双体船(SWATH)船型设计的关键技术之一是其水动力性能的预报,而其静水阻力预报是其水动力性能预报的重要内容.本文应用船舶计算流体动力学(CFD)技术并结合传统的阻力估算方法,开发了一个SWATH船型阻力数值预报集成软件系统.为了验证该系统的有效性,将其应用于一SWATH船型的总阻力和有效功率计算,并将计算结果和现有的船模试验结果进行了比较.结果表明,本文所开发的SWATH阻力预报系统可以很好地预报SWATH船型阻力随航速的变化规律以及阻力曲线峰、谷点的位置;在傅汝德数小于0.45的速度范围内,计算得到的总阻力和试验结果吻合良好.     

在露天水池中进行船模灵活性试验的方法

本文阐述在露天水池内用船模试验法以确定船舶设计中有关灵活性能的若干方法。作者着重提出确定船模航速及航跡的各种方法,并简略介绍试验中所采用的仪器设备。由于本文的介绍,提供了采用船模试验法而获得设计资料的可能性。据此观点,本文将对从事船舶设计工作的工程师们,造船科学研究人员们,可能引起较大的兴趣。     

船舶水动力性能试验研究数据管理系统

本文指出了应用现代数据库技术管理船舶水动力性能试验研究数据原重要性。介绍了船研所运输部内基于客户／服务器模式的网络数据库系统，该系统用于保存、管理及开发利用运输部长期积累的船模试验研究数据。文中描述了建立数据库系统的技术，特别是开发客户端浏览、查询系统和基于船模试验数据的船舶水动力性能预报程序所用到的可视化编程技术。     

多学科设计优化在船舶水动力性能优化中的应用

阐述了多学科优化设计方法(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)的发展应用情况。详细论述了基于协同优化方法的数学模型、优化原理和优化流程。针对水动力性能优化,分析了系统层和各学科的优化要素,初步建立了数学模型和优化框架。     

基于RANS法的船舶阻力及自由运动预报

文章介绍了基于RANS法求解船舶自由运动水动力性能的方法。通过对流域设计、网格划分方法、运动求解法及湍流模型的选择等进行完整的讨论与分析,提出了一套求解船舶自由运动的RANS方法。以低速船(KCS型船模)及高速船(Fridsma滑行艇)为计算对象,计算结果验证了RANS法在预报船舶自由航行时水动力性能的实用性。     

波浪中受侧壁影响的船舶航行水动力性能研究

在海洋平台附近,工作船的水动力性能会受结构物侧壁的影响而下降。基于Rankine源常值面元法,建立考虑岸壁和波浪作用的船舶水动力数值模型并在时域上求解。选取经典Wigley III船模计算各波长下的水动力和运动响应幅值,并将模拟结果与其他方法的计算结果对比,验证了数值研究方法的合理性和可靠性。通过参数的敏感性分析,揭示航速、波浪特征和侧壁对船模运动响应的影响,为船舶在复杂海域中的水动力响应实时预报服务。     

测定船模舵柱流体动力力矩的仪表

在本文中,作者叙述了所拟制的用于操舵,舵柱力矩测量以及自动控制船模的仪表结构。这种仪表是露天水池中进行试验时用在独立自航船模上的。其制造简单,采用它可以减轻露天水池中船模试验的设备。本文亦说明了试验的方法,并简略地叙述了求得船舶设计时所需各种试验资料的可能性。采用这种简单的仪表于船模试验就有可能求得船舶灵活性和舵机需用功率的资料,并借以合理地选择舵的尺寸,位置和补偿系数。亦有可能研究所设计的船舶的操纵性能,(包括倒航的操纵性能在内)。熟识本文,可能对船舶制造工程师,首先是设计师是有益的,本文着重指出为了要顺利的设计船舶,举行各种船模试验是有很大的实际意义。     

船舶在风浪流及浅水域中多工况操纵运动模拟计算

本文收集了有关船舶操纵运动数学模型和船桨舵水动力计算方面的文献和资料,并在自航船模于不同水深和不同主机工况下操纵运动试验结果的基础上,应用流体力学、参数辩识等方法,给出了不同水深情况下船桨舵四象限水动力及其干扰系数和风、浪、流对船舶作用力的计算公式,建立了可综合预报船舶在风、浪、流及浅水域中多工况操纵运动的数学模型和计算程序。与自航船模试验结果的比较表明,本模拟计算方法的计算精度是可以接受的。     

基于MBSE的船型与水动力性能研究设计模式探讨

新兴技术与系统工程技术的快速发展,给船舶设计模式的变革带来了新的机遇。本文分析了当前船型与性能设计模式及其存在的局限性,同时简要介绍了基于模型的系统工程的基本原理和特征。在此基础上,针对当前船型与水动力性能设计过程中依赖经验缺乏创新能力、知识转化与重用程度不高、性能综合优化能力不足等问题,提出了模型驱动的船型与水动力性能设计模式的基本架构,给出了需要突破的关键技术,可为后续开展MBSE在船舶设计领域的应用实践提供一些参考。     

基于CFD技术的6000DWT渔业运输船设计研究

舟山万达船舶设计有限公司最近在设计一艘6 000 DWT渔业运输船时,采用了CFD技术辅助设计。首先对母型船的球鼻艏进行了型线优化,得到阻力最小船型。然后对得到的优化船型进行了一系列的水动力性能数值计算,包括阻力预报、螺旋桨敞水计算和自航因子预报。对数值结果和试验进行了对比,结果显示吻合较好。     

基于粒子群算法的水翼剖面优化设计

水翼是船舶设计和各种水中运动装置设计的重要组成部分,在船舶海洋工程领域的应用十分广泛.采用粒子群优化算法(PSO)对三维水翼翼型进行了以提高升阻比为目标的优化设计.翼型由解析函数线性叠加法表示,目标函数和粒子的适应度由基于面元法的流场数值解来提供.整个优化计算过程较传统的优化方法原理简单,计算量小,优化后的水翼型能较原翼型的水动力性能有明显改善.优化结果验证了粒子群优化算法结合面元法在水翼剖面优化设计中的可行性,对今后水翼剖面优化设计有一定借鉴意义。     

Aframax油船自航性能的数值和试验研究（英文）

在船舶能效指数(EEDI)实施的工程背景下,本文对一艘实际营运的阿芙拉(Aframax)油船自航性能的数值和试验方法开展了研究。首先,在SSPA拖曳水池进行了阿芙拉船模的螺旋桨敞水试验、阻力试验和自航试验。其次,基于计算流体力学(CFD)理论和Star-CCM+软件平台建立了油船自航的数值模拟方法,在此基础上对Aframax船模自航性能进行了数值模拟。采用RANS方程和SST k-ω湍流模型模拟流场粘性,将流体体积函数法(VOF)用于追踪瞬时自由液面,此外,应用滑移网格技术来处理螺旋桨旋转问题。最后,通过与试验结果进行的对比验证了数值方法的有效性,并且对Aframax油船艉部进行了型线优化。对比结果可以发现,优化线型船模的推进功率降低了2.98%。     

顶浪中船舶水动力计算与运动模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)方法建立数值波浪水池,对顶浪中航行船舶的水动力与运动进行数值计算研究。推导出一种船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达方法并进行模拟验证,计算不同航速下顶浪中Wigley-III船模所受的水动作用力,以及顶浪中航行的Wigley-III船模的运动。通过将计算结果与DUT(Delft University of Technology)相关的试验数据进行比较,吻合良好。研究表明:基于数值波浪水池的数值模拟较试验更容易实现和控制,能够获得船体周围详细的流场信息,在波浪中舰船水动力性能与运动的研究等方面具有广泛的适用性。     

CGX巡洋舰多学科设计优化模型的再分析

传统的设计螺旋方法由于割裂了学科间耦合,得到的设计往往是满足设计要求的设计而不是最优的设计.多学科设计优化(MDO)方法正是一种能得到最优设计的新设计方法,MDO目前被广泛应用于复杂工程系统的设计中.文中对多学科设计优化的理论进行了简要综述,在此基础上为了演示MDO方法应用于舰船设计,采用iSIGHT对国外的CGX巡洋舰概念设计的13个模块进行了集成,建立了MDO模型并优化,得到了较好的优化解.在此基础上采用神经网络重新建立了该MDO模型,将优化结果和原MDO模型优化结果进行了比较.