基于伴随方法的螺旋桨参数影响分析

为探究螺旋桨各参数对螺旋桨性能影响关系,从面元法基本方程和面元法边界条件出发,建立螺旋桨参数影响分析的伴随方法.通过分析等压库塔条件,建立了伴随方程,基于伴随方程探究了螺旋桨性能与参数之间的敏感导数求解公式.选择DTMB4381桨作为研究对象,开展螺旋桨推力系数与螺距分布和拱弧分布之间的敏感导数求解,得到不同参数对螺旋桨性能的影响规律.数值结果表明,伴随方法计算得到的敏感导数与传统方法计算结果具有很好的一致性,但伴随方法的计算时间更短,且随着变量个数的增多,伴随方法计算效率的优势越大.     

船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析

[目的]为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出一种船舶操纵运动预报方法。[方法]首先,求解RANS方程,应用流体体积（VOF）法捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB 5 415船型进行约束运动的数值计算,并将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证数值方案的有效性;然后,基于MMG分离建模方法建立DTMB 5 415船模的操纵数学模型,并利用龙格-库塔算法进行求解,对船舶回转和Z形操纵运动进行仿真;最后,分析水动力导数对这2种操纵运动的敏感度。[结果]结果显示,采用所提方法得到的操纵轨迹和衡准参数仿真结果与试验结果一致,回转运动参数的平均误差为5.1%,Z形操纵运动参数的平均误差为11.7%,较文献使用CFD进行自航船模模拟得到运动参数的精度与计算成本均有所改善;水动力敏感度分析结果也验证了部分非线性水动力导数对操纵性衡准的影响较小,可以使用经验公式进行估算。[结论]研究表明采用所提方法进行船舶操纵性预报方法可行,可在满足工程应用精度的同时大大减少计算成本,尤其适用于船舶设计阶段的操纵性预报及优化。     

不同螺距拟合方式对螺旋桨优化效果的影响分析

螺距是船用螺旋桨桨叶重要的几何参数,对螺旋桨水动力性能的影响较大。在螺旋桨优化设计过程中,不同的螺距拟合方式不仅得到的螺旋桨桨叶几何形状的光顺程度不同,而且优化效果也不同。本文以DTRC438X系列桨为母型,结合粒子群优化算法和螺旋桨水动力性能的面元法理论预报程序,以提高螺旋桨敞水效率和限定推力系数值为目标,分别采用B样条曲线和贝塞尔函数拟合螺距方法进行螺旋桨各剖面螺距(桨叶其它参数与母型桨相同)的优化设计。对比两种方法各自优缺点,重点分析优化后螺旋桨的敞水效率、压力分布及环量分布并考虑侧斜的影响。经对计算结果分析表明:两种方法都得到了较好的优化效果,而采用B样条曲线拟合螺距方法的优化效果要优于贝塞尔函数法     

基于NFFD和高斯近似的螺旋桨多目标优化

为促进螺旋桨高效优化设计,结合基于NFFD技术、多输出高斯近似模型以及NSGA-Ⅱ多目标优化算法,构建一套包括螺旋桨变形重构—水动力性能快速预测—多目标优化的螺旋桨高效自动优化方法。首先,基于NFFD技术、以螺旋桨的几何参数为设计变量,实现螺旋桨三维模型的变形与重构;采用有限元数值仿真得出样本螺旋桨的水动力性能,并基于多输出高斯近似理论建立螺旋桨几何参数和水动力性能之间的近似模型。最后,结合高斯近似模型和NSGA-Ⅱ算法对KP505桨进行了多目标优化设计,验证方法应用于螺旋桨优化设计的可行性。结果表明,该方法实现了对KP505桨扭矩系数降低3.3%、效率提高2.6%的多目标优化,验证了该方法应用于螺旋桨优化设计的可行性。     

基于PSO算法的空间映射方法设计微波滤波器

传统的微波滤波器设计主要依据等效解析式,但解析式有其局限性,针对传统的空间映射方法的参数提取过程比较复杂,耗时长的问题,文中研究一种用于优化设计微波器件的基于粒子群优化算法(PSO)的空间映射算法,将PSO优化算法与空间映射的粗糙模型相结合作为替代模型,通过PSO算法执行参数提取,此过程仅需要进行简单的四则运算,从而减少算法的计算耗时.算法实现过程中,利用Ansoft HFSS建立空间映射算法的精确模型,Agilent ADS建立其相应的粗糙模型来代替等效解析式,并采用MATLAB主控制程序调用HFSS和ADS,实现微波器件的自动优化设计,最后通过平行耦合带通滤波器的优化设计证明基于PSO算法的空间映射方法的有效性.     

基于机器学习的翼型水动力性能优化设计

基于机器学习的翼型几何优化设计方法可有效避免复杂的计算流体力学数值求解过程,具有更高的计算效率。对翼型进行参数化表示,构建机器学习模型与优化算法进行学习和预测,能极大地减少翼型优化设计时间。论文开展了基于机器学习的翼型水动力性能预测和优化设计研究。运用CST方法对翼型进行参数化表示;采用XGBoost建立翼型水动力特性快速预报模型;结合机器学习方法和遗传算法,综合考虑升力系数、阻力系数和翼型表面压力系数建立优化模型,完成了某翼型的优化设计与水动力性能分析。结果表明：提出的翼型优化设计方法可获取优良翼型,对船用螺旋桨叶剖面设计优化具有重要意义。     

基于Rankine源和Kelvin源格林函数求解兴波阻力的复合算法

[目的]运用边界元法计算船舶兴波阻力基本上是先求解船体附近的速度分布,然后采用伯努利方程进行压力积分,其计算过程复杂,且误差非常大。[方法]提出一种可快速计算船舶兴波阻力的复合算法,利用Rankine源格林函数求解船体表面源强,结合Lagally定理进行受力计算,并基于Kelvin源格林函数求解船舶兴波阻力。运用该算法对Wigley船的兴波阻力进行计算。[结果]计算结果表明,所用算法相较于运用线性兴波阻力中的薄船理论得到的结果精度更高,而且与完全使用Kelvin源格林函数的算法相比效率也更高。[结论]所用算法可在计算兴波阻力时作为精度与效率之间的一种折中方法。     

BEM/FEM耦合螺旋桨静强度计算方法北大核心CSCD

[目的]螺旋桨强度的可靠性与船舶安全航行直接相关。为了快速且准确地计算螺旋桨强度,[方法]将边界元(BEM)和有限元法(FEM)耦合开发螺旋桨强度预报程序。运用低阶边界元法程序对螺旋桨进行水动力性能计算,并使用普朗特—许力汀平板摩擦阻力公式进行粘性修正,然后将计算得到的桨叶表面压力和粘性修正力作为有限元法结构计算的面力输入。针对螺旋桨结构形状的特殊性,发展实体螺旋桨有限元结构单元的自动划分方法,运用有限元结构计算方程计算出螺旋桨在表面压力和体积力作用下的应力与位移分布。以DTRC 4119模型桨为例,对提出的方法进行收敛性和网格无关性分析,并与文献的有限元软件计算结果进行比较,以验证其有效性。[结果]计算结果表明,提出的方法能够准确计算螺旋桨的应力和位移分布。[结论]该方法避免了人工建模及有限元网格划分的过程,具有实施程序简便、计算效率高等优点,可嵌入到螺旋桨的理论设计和优化设计过程中,形成快速计算螺旋桨强度的能力,提高螺旋桨设计的效率。     

BEM/FEM耦合螺旋桨静强度计算方法

[目的]螺旋桨强度的可靠性与船舶安全航行直接相关。为了快速且准确地计算螺旋桨强度,[方法]将边界元(BEM)和有限元法(FEM)耦合开发螺旋桨强度预报程序。运用低阶边界元法程序对螺旋桨进行水动力性能计算,并使用普朗特—许力汀平板摩擦阻力公式进行粘性修正,然后将计算得到的桨叶表面压力和粘性修正力作为有限元法结构计算的面力输入。针对螺旋桨结构形状的特殊性,发展实体螺旋桨有限元结构单元的自动划分方法,运用有限元结构计算方程计算出螺旋桨在表面压力和体积力作用下的应力与位移分布。以DTRC 4119模型桨为例,对提出的方法进行收敛性和网格无关性分析,并与文献的有限元软件计算结果进行比较,以验证其有效性。[结果]计算结果表明,提出的方法能够准确计算螺旋桨的应力和位移分布。[结论]该方法避免了人工建模及有限元网格划分的过程,具有实施程序简便、计算效率高等优点,可嵌入到螺旋桨的理论设计和优化设计过程中,形成快速计算螺旋桨强度的能力,提高螺旋桨设计的效率。     

自重构变形桨叶螺旋桨气动推进优化设计方法

传统的螺旋桨推进方法对自重构变形桨叶螺旋桨的适用性较差,究其原因主要由于传统方法中的算法对自重构变形桨叶螺旋桨的结构动力参数与气动推进参数计算逻辑不相匹配,造成推进动力输出的不足。因此,提出自重构变形桨叶螺旋桨气动推进优化设计方法。首先,对自重构变形桨叶螺旋桨的结构动力进行建模,获得螺旋桨自身的结构动力参数;其次,对自重构变形桨叶螺旋桨的气动推进动力进行建模,获得准确的启动推进参数;最后,结合上述模型参数,引入气动推进中心聚类算法,对模型数据进行融合权重聚类计算,得到自重构变形桨叶螺旋桨气动推进匹配值,完成优化计算,并通过仿真实验对其可行性进行验证。     

内河多工况船机桨匹配优化设计

[目的]内河船舶在航行时存在顺水、逆水和急流等多种工况,传统的内河船舶船?机?桨匹配设计方法仅对船舶在逆水上行时进行了匹配设计,而在顺水下行工况,因船舶推进效率低、主机利用率低,造成油耗成本高、经济性较差等,因此需进行多工况内河船舶船?机?桨匹配优化设计.[方法]首先,在不同工况下对内河船舶推进系统的各参数进行设计,并...     

两种优化算法在螺旋桨优化设计中的应用与比较

为了获取合理且高效的船用螺旋桨,把数值优化算法引用到螺旋桨剖面设计中来。设计过程中以遗传算法和模拟退火算法为优化算法,以提高敞水效率为优化目标,通过优化算法的操作产生新翼型剖面,并结合面元法水动力性能预报程序进行原型桨与设计桨的水动力性能预报。由结果分析可知:结合优化算法的螺旋桨设计是可行的,且在算例中各算法的设置条件下,模拟退火算法无论在优化效果上还是在优化效率上都比遗传算法表现卓越。     

基于自适应变异 PSO-BP算法的船舶横摇运动预测

为了准确高效预测船舶在海上的航行状态,以保证人员、货物和船舶的安全,提出一种自适应变异的粒子群优化算法（self-adapting particle swarm optimization algorithm,SAPSO）,将该算法与误差反传（back propaga-tion,BP）神经网络结合。SAPSO-BP预测模型使用SAPSO算法优化BP网络的网络参数。克服传统BP神经网络对初始权值阈值敏感,容易陷入局部极小值的缺点,同时也克服了传统PSO算法早熟收敛、搜索准确度低及迭代效率低等缺点。运用该模型对科研教学船“育鲲”轮在海上航行的横摇情况进行实时预测实验,验证该方法的可行性与有效性具有较高的预测精度。     

基于遗传算法的船舶螺旋桨优化设计

船舶螺旋桨的设计主要分为理论法与图谱法,目前,图谱法设计已有成熟的计算程序与之匹配,采用遗传算法搜索进行船舶螺旋桨优化设计是一条新的思路。采用Wageningen B图谱的回归多项式,利用遗传算法的高效、并行、基于适应度函数的搜索法,进行螺旋桨优化设计,将螺旋桨直径、螺距比和盘面比作为设计变量,空泡性能作为约束条件,在保证目标转速的前提下优化船舶航速。经优化设计实例计算表明,遗传算法适用于船舶螺旋桨的优化设计。     

海事40 m级巡逻船理论螺旋桨设计应用分析

运用升力线、升力面以及面元法理论为海事40m级巡逻船设计新型螺旋桨。采用给定环量分布进行螺旋桨理论设计,并通过桨模敞水试验和实桨装船后的实船测试验证该桨的理论设计方法。实船测试主要通过2条相同船型的实船,分别加装图谱桨和理论桨进行航速、轴功率、艉部振动对比测试,用实船试航的试验数据对比分析理论桨相对图谱桨的性能指标。结果表明：采用理论方法设计的螺旋桨相对原来的图谱方法,与船型匹配得更加精确,实船的螺旋桨效率约提高2％;船体艉部振动约减小5dB。     

船体伴流对直翼推进器水动力性能的影响

[目的]直翼推进器是一种特种推进器,其借助从船舶底部伸出并围绕垂直轴往复式摆动的桨叶产生精准且无级可调的推力,有必要研究敞水和伴流条件下直翼推进器的水动力性能.[方法]首先,通过分析直翼推进器的工作原理,推导出叶片的多重运动规律公式;然后,基于RANS方程和κ-ε湍流模型,采用滑移网格技术计算直翼推进器的敞水性能;最后...     

基于压缩感知的正交偶极子阵列信号参数估计

[目的]针对传统的极化敏感阵列的波达方向(DOA)估计算法运算复杂度高、实时性差的问题,提出基于压缩感知的正交偶极子极化敏感阵列结构.[方法]将数据压缩思想应用于阵列结构设计,压缩接收信号矢量维度,减少射频前端链路数量,以控制系统的复杂度,使阵列结构设计具有高度的灵活性.基于结构降维多重信号分类(MUSIC)算法;首先...     

基于BP人工神经网络和遗传算法的船舶螺旋桨优化设计

在原有图谱设计方法的基础上,采用BP(Back-Propagation)人工神经网络模型和遗传算法GA(GeneticAlgorithm),建立了一种船舶螺旋桨优化设计方法。BP人工神经网络模型通过训练可以具备强大的非线性映射能力,以数学解析的形式,较好地提取了海量螺旋桨水动力性能数据特征;GA不依赖于问题的具体领域,对问题的种类有很强的鲁棒性,为计算机辅助船舶螺旋桨优化设计提供了一种通用的多参数优化框架。针对三体消波艇半浸式螺旋桨和沿海巡逻艇螺旋桨的设计实例表明,该方法能快速可靠地搜索到最优解,不仅具有足够的工程精度,而且实用方便,适用性强。