基于CFD的散货船船体型线自动优化

针对船体型线自动优化的问题,在基于仿真的设计(SBD)思想下,提出了基于计算流体动力学(CFD)的船型自动优化方法。该方法主要由船体曲面自动变形模块、水动力计算模块及优化模块组成。其中船体曲面自动变形模块主要由径向基插值技术实现,水动力计算模块则集成CFD-SHIPFLOW软件实现,优化模块则采用PSO算法实现。现以隐形球鼻艏散货船的兴波阻力最小为优化目标,利用本团队开发的船型优化平台实现了其船艏型线的自动优化。优化结果表明:对于隐形球鼻艏散货船,在满足工程约束的条件下,基于CFD的船体曲面自动优化方法可以获得阻力降低的新船型。     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW软件为计算工具,利用CAD-CFD集成平台FRIENDSHIP-Framework软件进行变形优化,研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法,并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况。在型线优化过程中,以兴波阻力系数为目标函数,排水量变化范围为约束条件,在Wigley船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量,利用DOE方法对船艏进行优化,获得了设计航速下兴波阻力较小的船型,验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性。相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明:在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示:在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力。与此同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波的减小则使得总阻力得到了改善。     

基于肥大型船舶球首的参数化设计

通过统计研究发现肥大型船舶球鼻首的特征参数数据范围较为集中.选取给定主船体的主尺度和球鼻首特征一系列参数,自动生成一系列球首型线.文中探讨了球首部分的生成方法.     

基于曲面插值算法的KCS船球鼻艏形状优化

本文应用一种基于控制点阵的曲面形状控制算法改变球鼻艏的几何变形,通过增加点阵的数量,以改善球鼻艏与船体过渡的几何光顺性,运用多岛遗传算法数值设计兴波阻力最小的球鼻艏形状.针对KCS船舶,对3个不同点阵数量开展了球鼻艏形状优化设计,结果表明,增加点阵数量能有效地提高球鼻艏与船体过渡的几何光顺性,同时也保证了减阻效果,最优...     

渔船球鼻艏参数优化研究

优化球鼻艏形状可以改善船舶阻力性能.本文以阻力最小为目标,提出了一种渔船球艏优化方法.首先对渔船球鼻艏进行参数化建模,以球鼻艏的设计参数作为设计变量,利用敏感性分析方法结合CFD技术对设计变量进行灵敏度分析,甄别出对阻力性能变化最为敏感的若干设计变量;然后,使用穷举搜索法对样本空间进行采样,并通过CFD技术进行阻力预报;最后建立阻力系数与设计变量之间的替代模型,利用遗传算法优化渔船性能,获得阻力最优对应的球艏形状.研究表明,在设计工况,采用该方法优化后的船型较初始船型总阻力降低2.68％.     

基于形状参数的球艏参数化设计

对球艏曲面的参数化建模方法进行了系统研究,首先对球艏的纵向特征曲线和横截面曲线进行参数化建模,将曲线的生成问题看成是一个约束优化问题,目标函数反映了曲线的光顺性,形状参数集则构成问题的等式约束条件,设计变量为曲线的控制顶点坐标。对于球艏曲面的建模则采用改进曲面放样法,即在生成曲面的过程中考虑纵向曲线的光顺性,使得生成的曲面不仅插值通过各条球艏截面曲线,同时具有较好的光顺性。     

基于CFD的金枪鱼延绳钓渔船球鼻艏形状研究

以49.5 m金枪鱼延绳钓渔船为研究对象,为了得到具有较好阻力性能的球鼻艏,首先设计撞角型球鼻艏,通过CFD方法得到撞角型球鼻艏渔船的阻力性能并与模型试验结果进行比较,两者吻合较好;然后通过改变球艏的伸出长度、形心浸深和体积为该船设计水滴型和S-V上翘型球鼻艏,对水滴型和S-V上翘型球鼻艏形式的船体阻力性能进行数值模拟。通过比较三种不同球鼻艏形式下船体的阻力性能,结果显示:该型延绳钓渔船使用撞角型球鼻艏具有较好的减阻效果。     

基于响应面的渔船球鼻艏参数分析及多航速自动优化

远洋金枪鱼围网渔船是一种中、高速的作业型船舶,加装球鼻艏并进行优化可以有效降低其兴波阻力。通过一种改造型值的球鼻艏变换方法,由球鼻艏的长度、宽度、高度及尖点高度参数直接生成用于CFD计算的船体型值,可以快速探讨球鼻艏对兴波阻力的影响。兴波阻力的计算采用Rankine源势流理论,运用试验设计方法生成球鼻艏参数对兴波阻力影响的响应面模型。该模型表明,各参数的影响是复杂且耦合的,难以呈现单调的规律性,且在不同航速下其影响规律也有差异。优化球鼻艏的过程选用结合响应面的快速优化方法,通过优化,发现传统的对单一设计航速的优化可能会出现在较低的服务航速下阻力增加的情形,而采用多个航速的阻力优化方法则在设计航速与服务航速下同时具有减阻节能效果。     

基于NFFD 算法的船体几何变形技术

本文以非均匀有理B样条基函数作为参数体属性,并结合非均匀控制点网格,建立了适用于船体几何的NFFD变形技术。重点阐述了NFFD方法的基本原理和变形规则,并以矩阵表示方法为基础构建了数学模型。研究了控制点数量和分布对变形结果的影响,增加了控制点变形几何的能力并获得了更大的设计空间。最后,以某CNG运输船为例完成了球鼻艏、船艏和船艉部分几何的自动变形。本文的工作为船型优化提供了良好的变形工具。     

基于船型修改融合方法的参数化建模技术

在船型NURBS表达的基础上,提出两种基于CAD/CFD船型优化流程的不同参数化建模方法:一种是直接以NURBS的控制顶点坐标为变量,实现船型的参数变换;另一种是以母型为基础开发船型参数化融合模块,实现船型的参数变换.利用ISIGHT软件,采用这两种参数化建模方法优化某集装箱船球鼻艏部分.结果表明:船型修改融合方法是具有工程实用价值的参数化建模方法.