采用RBF神经网络的舰船尾部型线结构优化

在舰船的设计开发过程中,船型的选择非常重要。舰船的尾部型线结构是船型设计中比较容易忽视的问题,为了使舰船尾部型线结构达到最优,可以利用先进的RBF神经网络对尾部型线结构进行优化。基于此点,本文从RBF神经网络的原理、结构及优点分析入手,提出船型优化框架的构建思路,以RBF神经网络替代传统的CFD,并对RBF神经网络模型的建立及预报精度进行研究。结果表明,RBF神经网络模型的预报精度能够满足应用需要,它的优化时间要远远少于CFD。     

KCS艏艉型线优化及其对推进效率的影响

对KCS的船首和船尾型线优化开展研究。船体采用径向基函数描述,艏部型线以减小总阻力为目标,艉部型线则侧重于降低尾流不均匀度,以期提高推进效率。在优化过程中,利用基于拉丁超立方采样点构建Kriging近似模型替代直接计算流体力学（CFD）模拟。分别采用多岛遗传算法和非支配排序遗传算法-Ⅱ开展单目标和多目标优化,避免优化的早熟。结果表明,在服务航速下,优化船型的总阻力降低了1.36%,优化船型的伴流目标函数降低了10.2%。在此基础上,进一步针对优化过程中产生的3个优化船型以及原始船型,选用KP505桨进行自航模拟,结果显示虽然阻力有些许增大,但伴流不均匀度明显降低的优化船型的推进效率更优,相对于原始船型,其推进效率最高提升了1.08%。     

基于阻力和伴流不均匀度的多用途船型线优化

为探究多用途船首尾型线变化对船舶水动力性能的影响,采用RBF(Radial Basis Functions)曲面变形方法分别对多用途船首尾型线进行变换,使用优化拉丁超立方法设计计算样本,引入Kriging近似模型解决传统CFD计算耗时的问题。在此基础上,以船舶的阻力性能以及桨盘面伴流不均匀度作为优化目标,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)完成整个型线优化流程。计算结果表明,对于该多用途船,船首形状朝V型发展有利于减小兴波阻力,船尾的V型横剖面在接近推进器处逐渐向U型转变,可以在获得更均匀伴流场的同时对阻力性能影响较小。     

基于RBF神经网络的人工海床多目标优化

以人工海床（AS）为研究对象,针对传统设计方法存在周期长、成本高以及难以解决复杂系统工程优化设计等问题,提出一种AS多目标优化策略。推导AS质量和稳心高的计算公式,建立一种基于径向基函数（RBF）神经网络的近似模型,代替通过数值模拟计算的拖曳力。结合NSGA-Ⅱ算法,以AS拖曳力、质量和稳心高为优化目标,以主尺度为设计变量,以结构强度和关键性能指标为约束条件,得到AS优化方案。结果表明：在满足预测精度条件下,RBF神经网络提高了计算效率。优化后AS的质量,最大减幅达17.0%,同时水动力性能和稳性性能较优化前均有提高。通过对AS优化结果的分析,验证了AS多目标优化策略的可行性。     

基于高维优化的RBF神经网络螺旋桨性能预测

螺旋桨式水下推进器推力的大小决定着水下机器人的水动性能.为快速准确预测螺旋桨的敞水性能,建立一种RBF神经网络螺旋桨敞水性能估计器模型.利用几种型号螺旋桨敞水仿真值作为训练样本,对网络规模进行调整.在此基础上,广义逆动态地调整各网络间的连接权重,进行网络参数的优化.通过不断地迭代优化达到学习精度要求,最终得到一种高维优...     

基于集成仿真的灯光渔船艏部型线优化

针对我国现有渔船标准化建设中遇到的船体型线优化难的问题,提出一种基于集成仿真优化技术的船体型线优化方法,并以一艘灯光渔船的兴波阻力性能优化为例,通过半参数化方法提取10个控制参数用于艏部型线的变换,兴波阻力采用势流理论方法进行评估,并采用Sobol算法与梯度搜索算法相结合的优化算法。基于上述的船体型线优化方法最终得到兴波阻力性能最优的船型,优化结果表明,文中提出的船体优化技术是有效的,有助于加快推进渔船船型的标准化建设。     

渔船型线优化及水动力性能研究

基于fluent数值模拟和模型试验相结合的方法,对某一渔船进行型线优化,通过CFD仿真技术进行多方案船型优选,开展船模试验以验证仿真结果,以优选出来的船型为基础进行艉部和球鼻艏的改型,并再次通过模型试验量化改型的效果。型线优化后明显改善了阻力、推进水动力性能,取得了较好的结果。     

基于广义回归神经网络与遗传算法的玻璃钢渔船船型要素优化研究

利用神经网络的非线性拟合能力,建立了基于广义回归神经网络的"船型要素-船体阻力"数学模型,提高了模型的拟合精度。同时结合遗传算法的非线性寻优能力,利用改进的遗传算法完成了船型要素的优化设计。优化结果可以作为玻璃钢渔船初步设计的技术参考。     

基于变复杂度方法的船舶型线优化

介绍变复杂度方法的基本原理,给出变复杂度的优化框架;以克里索集装箱船(KCS)船舶兴波阻力为目标,采用变复杂度方法对KCS艏部型线进行优化,得到兴波阻力下降的船型,并对优化结果进行对比分析。结果显示,变复杂度方法的计算结果具有一定可靠性,可显著提升船型优化效率,具有一定的工程实用价值。     

某滚装船双尾鳍型线综合优化研究

针对双尾鳍船型尾部型线难以优化的技术难题,该文以某一双尾鳍滚装船为研究对象,采用CFD方法,从伴流均匀度与阻力性能角度对双尾鳍线型进行优化,并以荷兰MARIN水池提出的伴流目标函数(WOF)与平均伴流分数(w)作为伴流均匀度的评判衡准,分析了尾轴以上0.8R处的尾鳍去流角、尾鳍导圆半径、桨盘与尾轴出口端的距离对船尾伴流场均匀度及阻力性能的影响.研究结果表明:在船型参数基本保持不变的情况下,尾鳍特征参数的改变会引起船尾伴流均匀度、平均伴流分数与阻力性能的变化,并通过对比分析,对双尾鳍型线进行优选.     

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.     

基于设计空间探索的型线自动优化

船舶型线优化是改善船舶阻力性能、提高运行经济性的关键环节.文中将型线修改、阻力CFD模拟、设计空间探索优化等流程整合在一起,创建了一个型线"自动优化"的平台.在该平台上实现了对美国海军水面作战中心(Naval Surface Warfare Center)潜艇模型DTRC Model 5470艏部型线的自动优化,得出了一个阻力性能最优的艏部型线方案.经过模型拖曳试验验证,证明了该种"自动优化"方案的可行性与有效性.     

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。     

深V船型大型化应用分析

将深V船型应用于大型化高速船的实船设计中,采用非线性型线变换生成多样化的型线方案,运用势流CFD方法对各型线方案进行兴波阻力船型优化。通过相同主尺度及设计排水量条件下的船模阻力对比试验,验证了优化后的深V船型可以在保持高傅汝德数Fr阻力性能优势的同时,在低傅汝德数Fr时拥有与圆舭船型相当的阻力性能。运用切片理论对深V船型进行耐波性理论预报,并对预报结果进行耐波性试验验证。试验结果表明,切片理论适用于瘦长型深V船型的耐波性预报。     

基于小生境遗传算法的单体船船型参数优化

针对船型参数优化中变量众多的特点,提出了一种基于小生境遗传算法和Holtrop总阻力计算公式的单体船船型参数优化方法.该方法中以总阻力作为目标函数,以主要船型参数为优化变量,在保持排水量不变的情况下优化主要船型参数,得出修长系数、水线面系数和宽吃水比均能收敛到相应的临界值,因此优化时可优先确定这些参数值.采用该方法对DTMB5415船的船型参数进行了优化,结果显示优化后的船型总阻力性能要明显优于原船型.该方法对于单体船船型参数优化具有较强的实用性.     

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...     

基于CFD的船舶球首型线自动优化

在满足排水量及航速要求情况下设计出性能优良的船体型线,降低船体阻力、节能降耗是造船界一直所追求的目标。船舶球首的大小、位置和形状对船体兴波影响非常大,因此文章通过船型参数化融合方法,生成一系列球首型线,并以兴波阻力最小为目标,采用遗传算法实现球首型线的自动优化。将上述方法应用于某集装箱船球首型线的自动优化,并进行船舶静水阻力实验,实验表明优化船型在设计航速附近总阻力降低明显,说明文中采用的基于CFD船型自动优化方法是可行的。     

基于序列近似优化方法的水下航行器水动力外形优化设计

为了解决复杂工程优化问题中计算效率与代理模型精度之间的矛盾,本文基于最大最小距离准则和最小化代理模型预测准则提出一种多点加点准则,构建改进序列近似优化方法的算法流程.以二维Rosenbrock函数和Golinski减速器优化问题为例,与传统方法相比,改进方法得到的全局最优解精度更高,所需构造样本更小.将该方法应用到某型...     

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。