超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化。文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能。优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-II)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型。结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求。     

全风冷式冷藏集装箱船开发关键技术

以某634 FEU全风冷式冷藏集装箱船为例,介绍该类细分船型的整体设计理念及船型特征。阐述该船在尺度参数及船舶能效设计指数(Energy Efficiency Design Index, EEDI)论证、冷藏箱货舱通风设计优化、电力系统设计优化和船体横舱壁结构设计优化等方面的关键技术,重点介绍采用“横向通风”设计的货舱满载风冷式生鲜冷藏箱的散热方案和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)仿真预报结果,为同类型全风冷式冷藏集装箱船的开发设计提供参考。     

基于非线性规划法的实用船型首部优化设计方法

为了得到阻力性能优良的实用船型,以线性兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法探讨最小总阻力船型的优化设计方法.以总阻力为目标函数(其中兴波阻力采用Michell积分进行计算),船体表面型值为设计变量,排水量不减为基本约束条件,再考虑实用船型的附加约束条件,对船体首部形状进行优化研究,得到改良船型.对优化前后的船型再利用Rankine 源法进行兴波阻力数值计算,进一步评估优化后的降阻效果.最后给出了实际船型(集装箱船)的优化计算实例,明显的降阻效果证实了本优化设计方法的可靠性.     

基于节能减排目标下高能效船舶设计方法研究

为了设计满足新的排放要求的高能效船舶,通过研究现有船型的CFD/水池实验的结果,从不同船型的船舶主尺度的总体优化选择的角度进行分析和比较,论证了散货船、集装箱船和油船在不同设计尺度下的不同能效设计指数,最终得出通过选择船舶的主尺度来得到高能效船舶的设计基本思路.     

大型集装箱船能效设计指数计算与优化研究

阐述了国际海事组织(IMO)的海上环境保护委员会(MEPC)关于新造船能效设计指数(EEDI)规则的最新发展,并以某型集装箱船产品为例,详细介绍该船的EEDI计算和证书申请,并研究分析该船型为满足未来EEDI更高要求而需要采取的节能减排措施,供设计人员参考。     

基于偏相关性分析的船型优化设计方法

针对传统船型优化存在耗费时间长、优化效率低的缺点,本文提出一种基于偏相关性的船型优化设计方法。该方法利用偏相关性分析,对船体外形与兴波阻力的相关规律进行经验总结,并将这种设计经验引入到优化设计中,可以缩小相关设计变量的取值范围,显著提高优化效率。利用该方法对布拉尼函数(Branin Function)、哈特曼函数(Hartman function)以及KCS集装箱船的兴波阻力进行优化计算,通过对比分析,证明了该方法的可行性。     

双艉鳍船型的参数化建模及线型优化

将参数化建模技术与CFD仿真技术相结合,并进行阻力性能优化是目前最常用的船型优化方法.该文以某双艉鳍集装箱船为研究对象,为提高航行性能,对其双艉鳍进行设计优化.采用全参数化建模方法对双艉鳍进行参数化设计,同时,通过CFD仿真技术、结合NSGA-Ⅱ优化算法并以阻力及伴流均匀度为优化目标,完成双艉鳍船型的优化设计.优化后的船型在阻力降低的基础上,伴流均匀度也获得明显改善.     

粒子群算法的最小阻力船型优化研究

阻力是船舶最重要的性能之一,阻力最小是构建船型的首先目标,当前最小阻力船型优化方法存在阻力大等缺陷,为了得到最小阻力的船型,设计基于粒子群算法的最小阻力船型优化方法。首先对当前最小阻力船型优化研究现状进行分析,并建立了最小阻力船型优化的数学模型,然后采用粒子群算法对最小阻力船型优化的数学模型进行求解,找到最小阻力船型优化方案,最后通过与其它方法进行最小阻力船型优化仿真测试,结果表明,相对其它最小阻力船型优化方法,粒子群算法可以更快找到最小阻力船型优化方案,最优船型的阻力大幅度下降,可以应用于实际的最优船型设计中。     

基于多目标优化算法NSGA Ⅱ的极地穿梭油轮型线设计

[目的]随着北极丰富油气资源的不断开采,需要大量满足极地航行要求的船舶。[方法]将非支配排序遗传算法(NSGA Ⅱ)应用于船体型线优化设计,提出极地船舶多目标优化方法。以船舶无冰静水阻力以及冰区航行阻力为优化目标,通过极地船舶排水量以及船舶能效设计指数EEDI两项标准进行船型筛选,快速实现满足冰区船舶装载量与EEDI排放要求的船型优化。以常规6.5万吨穿梭油轮为研究对象,采用全参数化建模方式,通过极地船舶多目标优化方法分别对3种不同艏部形式的船型进行优化,[结果]优化后的船型均满足冰区IA级航行要求,其中无冰静水阻力最大减小约12.94%,冰区最小推进功率最大减小约27.36%,[结论]有效验证了基于NSGA Ⅱ的极地船舶多目标优化方法的可行性与合理性。     

基于参数化船型的阻力优化研究

船型几何模型的参数化表达,是船型多学科设计优化的基础。其作用是为各学科分析和优化提供一个统一的几何模型,并根据各学科分析结果自动修改调整船体型线。文中尝试使用Friendship进行船体完全参数化建模,并使用该软件中的feature编程功能编程实现shipflow型值数据的提取;通过改变一系列重要的船型参数实现变换船型几何模型,以获得满足性能需求的船型。最后利用该软件的优化框架,采用切线搜索法 (Tangent Search, TSearch) 完成1300TEU集装箱船的兴波阻力优化,优化球首和前体船体曲面。结果表明,该参数化方法在改进船型水动力性能方面有很好的效果。     

Ship hull form optimization by evolutionary algorithm in order to diminish the drag

This study presents a numerical method for optimizing hull form in calm water with respect to total drag which contains a viscous drag and a wave drag. The ITTC 1957 model-ship correlation line was used to predict frictional drag and the corrected linearized thin-ship theory was employed to estimate the wave drag. The evolution strategy (ES) which is a member of the evolutionary algorithms (EAs) family obtains an optimum hull form by considering some design constraints. Standard Wigley hull is considered as an initial hull in optimization procedures for two test cases and new hull forms were achieved at Froude numbers 0.24, 0.316 and 0.408. In one case the ES technique was ran for the initial hull form, where the main dimensions were fixed and the only variables were the hull offsets. In the other case in addition to hull offsets, the main dimensions were considered as variables that are optimized simultaneously. The numerical results of optimization procedure demonstrate that the optimized hull forms yield a reduction in total drag.     

15万吨级穿梭油船结构减重设计与EEDI影响评估

以15万吨级穿梭油船为例,提出一种可有效减少船体空船重量的设计方案,并评估船体减重对能效设计指数(EEDI)的影响。结果表明：与母型船相比,设计船的空船重量减少1 464 t;设计船将减重用于增加货物载重量,其EEDI可降低约1.0%。该穿梭油船的结构减重方案与可靠性评估方法可为同类型船舶的设计与开发提供参考。     

集装箱船型线多速度点的数值优化

为获得更优化的EEDI指数,集装箱船需要基于营运范围内的型线优化,以实现油耗降低。文章以某集装箱船为研究对象,利用数值优化集成系统,采用最优化技术、曲面自由变形技术(FFD)和计算流体力学技术(CFD),对船体首部型线进行优化。数值计算表明:所得到的优化型线高速段功率略有增加、低速段功率显著降低。     

Studies on the optimization of stern hull form based on a potential flow solver

A hypothesis of the minimum energy of secondary flow, suggested by Bessho, is introduced here. According to this hypothesis, it can be expected that hull forms having frame lines with a minimum energy of secondary flow show less form drag. In the first part of this article, secondary flow energy is evaluated for the cases with and without a free-surface effect, and Bessho’s hypothesis is confirmed for practical hull forms. Then optimization methods for the stern hull form are suggested, in which a nonlinear optimization technique is introduced. Numerical examples are given for a practical tanker hull form and a practical container hull form. From these studies, the suggested optimization method can be confirmed as a simplified and practical design method to the select frame lines of stern hull forms.     

重庆—上海江海直达船船型优化

为提升重庆—上海过闸型江海直达船的航行性能和经济性,以满足通过三峡船闸船舶吃水要求的江海直达船型为研究对象,以排水体积和浮心纵向位置为约束条件,采用理论设计与数值计算相结合的方法优化船型。采用Rhinoceros软件进行船体建模,采用CAESES（FRIENDSHIP-Framework）软件进行半参数化模型优化,采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）技术进行阻力预报。通过2轮优化对比,优化船型在10 kn、13 kn和16 kn航速下的总阻力相比原始船型分别减小10.76%、8.18%和1.86%。研究表明：垂直艏+下凸艉组合的减阻效果要优于尖直艏+平直艉组合,且航速越低,减阻效果越明显;采用多航速验证方法能有效避免固定航速船型优化的局限性。研究结果可供江海直达船的船型设计和建造参考。 关键词：型线优化;总阻力;多航速;江海直达船;SBD技术     

27000 DWT多用途船设计

多用途船以其分舱灵活、装载货物种类多、货物装卸方便等优势,得到国内外以散杂货运输为主的船东青睐.介绍27 000 DWT多用途船的主要参数和总体布置情况,并对其EEDI能效设计指数、主机配置优化、线型优化设计、货舱布置、舷侧设计和防海盗措施进行了探讨.     

对新造船能效设计指数的思考

EEDI旨在鼓励船东及船舶设计者通过技术改进和使用节能技术,使新造船在设计和建造阶段尽可能达到高的能效标准。文章简介了船舶"能效设计指数"(EEDI)的发展历程,通过对EEDI公式和参数的简要说明,初步探讨了在现有公式基础上优化EEDI指数的途径和措施。     

Hydrodynamic optimization of ship hull forms in shallow water

A computational method for improving hull form in shallow water with respect to wave resistance is presented. The method involves coupling ideas from two distinct research fields: numerical ship hydrodynamics and nonlinear programming techniques. The wave resistance is estimated by means of Morinos panel method, which is extended to free surface flow and considers the influence of finite depth on the wave resistance of ships. This is linked to the optimization procedure of the sequential quadratic programming (SQP) technique, and an optimum hull form can be obtained through a series of iterations giving some design constraints. Sinkage is an important factor in shallow water, and this method considers sinkage as a hydrodynamic design constraint. The optimization procedure developed is demonstrated by selecting a Wigley (C _B = 0.444) hull and the Series 60 (C _B = 0.60) hull, and new hull forms are obtained at Froude number 0.316. The Froude number specified corresponds to a lower than critical speed since most of the ships operating in shallow water move below their critical speed. The numerical results of the optimization procedure indicate that the optimized hull forms yields a reduction in wave resistance.     

三体船侧体布局及型线优化设计研究

采用分层次优化,首先以总阻力最小为优化目标对某三体船侧体横向和纵向的相对位置进行了优化研究,得到阻力性能最优的三体船侧体布局方案;然后基于侧体最优布局,进行型线优化,最终完成三体船的侧体布局和型线的序列优化。结果表明,所采用的三体船侧体布局及型线优化方法具有可行性,可为三体船船型设计提供参考依据。     

基于EEDI的小水线面双体船片体尺度要素多目标优化

为寻求节能高效的小水线面双体船片体尺度要素,以一艘典型小水线面双体渡船为研究对象,从多目标优化的角度出发,做出合理假设根据海军部系数法和国际吨位丈量公约分别将子目标设计航速和总吨参数化,进而使主目标能效设计指数（energy efficiency design index, EEDI）成为片体尺度要素函数。基于MATLAB优化工具箱应用多目标遗传算法（Multi-Objective Genetic Algorithm, MOGA）,以阻力、强度、结构和能效要求等因素为依据定义约束条件,设置优化参数并考虑混合函数的影响,得到优化船型Pareto解集。最后讨论多目标优化的计算结果,并且与单目标优化的结果进行了比较,还分析了多目标优化优化船型方案中片体尺度要素的分布情况。