基于ISIGHT的三体维护船侧体布局多目标优化研究

运用多学科设计优化平台ISIGHT针对三体维护船阻力性能和耐波性能进行侧体布局多目标优化。首先,将各侧体布局方案的CFD计算结果作为样本点,结合三体维护船的特定工作海况,运用谱分析方法预报不规则波中增阻平均值、总阻力值及纵摇、垂荡运动有义值,建立上述参数随侧体布局变化的近似模型,代替数值计算。然后,以最小化不规则波中总阻力值和纵摇、垂荡运动有义值为优化目标,以侧体纵向位置和横向位置为设计变量,采用设置权重和比例因子的方法确定目标函数,将所建近似模型作为数据库,选用多目标遗传算法NSGA-II,进行侧体布局多目标优化。最终,获得阻力性能和耐波性能综合最优的侧体布局方案。从而为海上三体风电维护船的设计和相关船型的性能预报提供参考。     

三体两栖潮间带风电运维船的概念设计

针对三体船性能特点和我国海上潮间带风电场涨潮有水、退潮无水的特殊情况,以及目前尚无出入潮间带风电场专用设备的现状,为了保证海上潮间带风电场风电机组正常运行和维护工作的实施,进行三体两栖运维船方案构思和两栖船的水陆驱动方式的确定。运用CFD软件建立三维数值水池,考虑不同侧体布局的船型方案,通过对快速性能和耐波性能的仿真计算,最终确定性能较优的船型。对三体风电维护船的船型设计和风电运营效率的提高有较大的现实意义。     

三体两栖潮间带风电运维船的概念设计

针对三体船性能特点、我国海上潮间带风电场涨潮有水和退潮无水的特殊情况以及目前尚无出入潮间带风电场专用设备的现状,为保证海上潮间带风电场风电机组正常运行和维护工作的实施,进行三体两栖运维船方案构思和两栖船的水陆驱动方式确定。运用CFD软件建立三维数值水池,考虑不同侧体布局的船型方案,通过对快速性能和耐波性能进行仿真计算,最终确定性能较优的船型。研究结果对三体风电维护船的船型设计和风电运营效率提高有较大的现实意义。     

风电运维船发展现状及其典型船型水动力性能优化

对国内外风电运维船的发展现状进行调研。在此基础上,聚焦风电运维船的船型开发,结合风电运维船特定的作业环境和工作要求,设计3种典型船型,分别对其阻力和耐波性能开展数值仿真研究。结合工程应用实际对这3种船型中的某种船型开展线型优化设计,并通过水池模型试验验证优化效果的可信度,为风电运维船的总体性能设计和优化提供技术支撑。     

海上三体风电维护船船型方案及阻力性能研究

在分析维护船使用及性能要求的基础上,确立了三体船型方案。在单体船基础上根据侧体体积比的不同确定几组不同的三体船方案,对各个方案进行阻力数值仿真分析,同时还对三体船主侧体的干扰阻力进行探讨,最终得出三体维护船合适的体积比构成,从而为海上风电场维护船船型设计奠定一定的基础。     

三体槽道船船型设计及阻力性能研究

基于原三体风电维护船船型,结合M型船主要特征要素设计改造出三体槽道风电维护船。利用数值仿真技术模拟出M型风电维护船在中高航速下船底槽道的水气两相流变化,并在此基础上进一步探索船体槽道高度、长度的变化位置对船体总阻力的影响,最终确定阻力性能较优的船型方案,从而为海上三体槽道风电维护船船型设计提供参考。     

M型风电运维船船型设计与波浪增阻和耐波性能研究

本文基于三体风电运维船船型,结合M型船的特征要素设计改造出M型风电运维船。利用数值仿真技术模拟出M型风电运维船波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况,将数值仿真计算结果与原三体船的试验数据进行比较,以此探索不同M型船船型对船舶波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况的影响。最终确定了耐波性能较优的船型方案,从而为M型风电运维船船型设计提供了一定的参考和借鉴。     

非对称双体船片体构型及阻力性能的数值研究

对于海上风电双体运维船而言,兴波阻力是其总阻力的重要组成部分。本文基于CFD技术对非对称双体船进行初步研究,通过改变双体船左右片体角度以及改变单侧片体肥瘦程度来实现内外片体排水体积差的目的2个方面来研究非对称双体船的阻力性能,比较各方案的阻力,综合考虑最终得出最优方案,为今后双体风电运维船的船型设计与优化提供一个新的研究方向。     

M型风电运维船船型设计与波浪增阻及耐波性能

基于三体风电运维船船型,结合M型船的特征要素设计改造出M型风电运维船。利用数值仿真技术模拟出M型风电运维船波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况,将数值仿真计算结果与原三体船的试验数据进行比较,以此探索不同M型船船型对船舶波浪航行时的波浪增阻与纵摇、垂荡情况的影响。最终确定了耐波性能较优的船型方案,从而为M型风电运维船的船型设计提供了一定的参考与借鉴。     

非对称双体船片体构型及阻力性能的数值研究

对于海上风电双体运维船而言,兴波阻力是其总阻力的重要组成部分.本文基于CFD技术对非对称双体船进行初步研究,通过改变双体船左右片体角度以及改变单侧片体肥瘦程度来实现内外片体排水体积差的目的2个方面来研究非对称双体船的阻力性能,比较各方案的阻力,综合考虑最终得出最优方案,为今后双体风电运维船的船型设计与优化提供一个新的研究方向.     

三体船侧体位置优化设计研究

基于二维半理论的计算软件TRIMARAN研究了侧体纵向、横向位置的变化对三体船运动响应的影响,同时研究了船体横摇惯性半径对三体船横摇性能的影响,从而提出一套三体船侧体位置优化方案。通过在低速和高速两种情况下,对三体船侧体纵向、横向位置的变化对三体船的运动响应分析,可以看出:低航速下侧体应布置于靠近主体船艏的位置,有利于三体船运动性能的提升,高航速下则应将侧体放置于主体船尾。同时,根据横摇惯性半径对三体船横摇性能的影响研究表明:三体船的横摇半径越小越能增加三体船的横摇稳定性。     

前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究

采用模型试验方法研究了三体船侧体的纵向位置变化对三体船阻力性能和运动性能的影响。模型试验包括三体船在静水中的阻力试验和在规则波中的运动试验两部分。实验结果表明,三体船侧体的纵向位置对三体船阻力和运动性能的影响显著;在高航速段,将侧体的纵向位置选取在主体舯前位置,能明显改善三体船的阻力性能和运动性能。基于此,提出前三体船的概念。     

三体船兴波问题的数值计算

以基于NURBS(non-uniformra tionalB-splines,非均匀有理B样条)的广义高阶面元法讨论了三体船兴波波形与兴波阻力的数值计算问题。对两种不同船型的三体船进行了计算,计算结果与试验结果的比较表明了该方法的有效性。文中还讨论了高速方尾三体船侧体的横向偏距和纵向偏距对兴波阻力的影响。     

三体船横摇模型试验及其特性分析

三体船在波浪中的横摇特性和优点是三体新船型研发的技术支撑,采用模型试验和理论分析相结合的方法,对三体船横摇运动特性进行探讨。开展三体船静水横摇、正横浪零速波浪横摇模型试验,得出三体船线性、非线性阻尼假设下的横摇阻尼、频率响应和周期。通过横摇响应曲线的分析和对比,得出三体船不同侧体位置下波浪中横摇附加惯量、阻尼和运动响应、周期特性,以及侧体位置对以上各横摇特性影响的规律。研究表明：三体船横摇阻尼远大于常规单体船,而横摇运动幅值响应远小于常规单体船;侧体的横位置对三体船横摇具有显著影响,侧体纵向位置对横摇影响很小。综合考虑运动响应和横摇周期,在不规则波中三体船的横摇比常规单体船缓和得多。     

三体船耐波性预报

应用三维势流理论,计算了三体船在不同航速下垂荡、纵摇、横摇运动频率响应函数。预报了三体船在不规则波中各种海况下航行时的运动和加速度有义值,同时分析了三体船在西北太平洋海区一定海况下的运动特征和规律,最终根据舰船耐波性衡准要求,确定了三体船适合航行的海况与航速,为三体船耐波性方面得出了有价值的参考。     

以Rankine源三维面元法求解三体船纵摇与升沉运动

为对三体船的纵摇与升沉运动进行分析,将三维面元法用于三体船在波浪中的纵摇和升沉计算。依据Rankine源格林函数,基于有航速势流理论建立理论计算模型和数值计算方法,对数学三体船型纵摇、升沉运动响应进行计算,并对计算结果规律进行分析。同时,还对其数值进行模型实验验证。根据计算结果,针对侧体布局对三体船在波浪中纵向运动的影响进行了分析。