基于NURBS的球艏构型参数优化与分析北大核心CSCD

[目的]设计优良的球艏构型能够改变船舶在水中航行时的船艏兴波,对阻力产生影响来改善整个船体的阻力性能,为此需对球艏构型参数进行优化。[方法]基于球艏参数化表达和NURBS理论,对母型球艏构型进行数据点网格生成和定义点反算,根据参数优化需要,利用优化算法对定义点进行优化调整后,给出优化船型球艏,并利用CFD软件进行仿真计算,与母型构型进行阻力和波形对比,将以球艏重心为代表的球艏参数阻力特征直接体现到构型优化结果中。[结果]结果表明,借助于NURBS曲线可有效将球艏参数优化特征体现出来,方法形象直观,可显著提高球艏构型表示和优化的效率。[结论]该方法简化了整个优化过程,并取得预期的减阻效果。     

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。     

基于圆球型球鼻艏构型的兴波阻力减阻特性分析

球鼻艏减阻的机理至今尚未完全清晰,开展基于圆球型球鼻艏构型对兴波阻力影响机理的研究,对揭示球鼻艏的减阻机理,充分发挥球鼻艏对水面舰船的消波减阻效果具有基础性的重要意义。针对DTMB 5415船型,利用CFD计算软件STAR-CCM,分析前伸出球鼻艏主要构型参数对兴波阻力的影响及其机制。设置几组前伸出球鼻艏,其主要构型参数的前伸量与半径各异,结合采用已知试验数据和CFD计算数据分析阻力的变化规律,以及球鼻艏减阻的机理。结果表明,在特定的傅汝德数条件下,球鼻艏纵向位置和半径对兴波阻力的影响较为显著。     

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FRIENDSHIP的球艏参数化实现方法

在分析球艏形状特征参数、特征曲线和曲面生成的基础上,介绍以Feature、Curve engine和Metasurface为特征机制的球艏参数化方法和实现过程。生成的曲面模型光顺、精度高,可满足工程的需要。     

基于Grasshopper的参数化球鼻艏生成方法

针对在球鼻艏减阻优化设计循环中手动建模方法无法满足需要的问题,提出了利用软件Grasshopper开发一种新的参数化球鼻艏生成可自动变形的球鼻艏的方法。该方法首先定义了球鼻和主船体之间的过渡区域,通过过渡区域的自由变形,实现了球鼻与主船体的光顺连接。然后实现生成的球鼻艏可以根据输入参数的变化自动修改形状。最后将该方法应用在一艘集装箱船体上。结果表明:该方法可以高效地应用于商业船舶的参数化球鼻艏建模。     

基于STAR-CCM+的某渔船阻力预报与球艏参数敏感性分析

应用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)法,对某远洋渔船进行数值计算,分析研究不同湍流模型对数值计算的影响,与船模试验值进行比较,选择合适的湍流模型,验证了STAR CCM+软件的可靠性。在此基础上,对该渔船球艏最前点高度和首垂线处球鼻横剖面最大宽度进行参数变化敏感性分析,分析改型模型阻力及流场变化情况。结果表明:在设计航速时,SST k-ω模型为较佳模型;首垂线处球鼻横剖面最大宽度变化对总阻力影响较小,球艏最前点高度增加能有效地降低阻力,当二者组合作用时,阻力能够得到较好改善。     

阿芙拉油船球艏改直艏线型优化研究

以一艘阿芙拉油船为研究对象,在满足排水量和总布置要求的前提下,将船体首部原来的球艏线型改为直艏线型,并采用计算流体力学方法进行优化,以确定最终的直艏线型。将直艏优化线型与原球艏线型在3个吃水状态下的计算结果进行比较,直艏优化线型的水动力性能在这些吃水状态下均有不同程度的改善。快速性模型试验结果表明,在上述3个吃水状态下的设计航速附近,直艏优化线型的有效功率较原球艏线型均有所降低。     

参数化方法的中型豪华游船特殊球艏线型优化

以一艘中型豪华游船为例,在分析豪华游船船型特点的基础上,对其球鼻艏线型进行了优化.优化过程中采用参数方法生成了一系列球鼻艏线型,通过CFD方法对其兴波阻力和总阻力进行评估分析,并通过灵敏度分析得到对阻力影响最为显著的参数,获得了阻力性能较好的球鼻艏线型方案.最后通过模型试验对优化线型进行了模型试验验证,试验结果表明文中优化的线型具有良好阻力性能,为进一步开展豪华游船线型设计提供良好的技术参考.     

缓冲型球艏的艏柱设计计算分析

依据缓冲球艏设计要求,提出棱柱型艏柱设计方案,运用有限元分析软件LS-DYNA对采用传统艏柱与棱柱型艏柱结构的12 000 t油船进行船艏碰撞的仿真分析,发现棱柱型艏柱结构比传统艏柱结构球艏更易被压溃.     

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...     

超巴拿马型集装箱船球艏型线优化研究

为获得更优的EEDI指数,实现油耗降低,要求集装箱船型线设计方案在不同的速度点均满足阻力较优。以一艘超巴拿马型集装箱船为研究对象,在人工优化后型线基础上,利用数值优化集成系统,采用最优化技术、自由变形技术(FFD)和计算流体力学技术(CFD),对船体首部型线进一步优化。要在设计吃水下15~21kn速度段内,达到降低阻力的目的。模型试验和数值计算均证实这一多速度点数值优化比较成功。     

6600 TEU集装箱船球鼻艏的优化方法

基于适合集装箱高速航行的球鼻艏在低速航行时减阻效果差的问题,对6 600 TEU集装箱船球鼻艏进行了优化。优化后的球鼻艏形状为尖瘦形,低速航行时能有效降低兴波阻力,节能效果明显。     

水面舰船可调型球艏设计与分析

考虑到固定式球艏对船舶减阻能力随航速变化敏感,为了避免固定式球艏在兼顾多个航速下减阻的局限性,提出可调型球艏设计思路,依托CFD软件STAR-CCM数值模拟对可调型球艏设计方案构想进行理论验证,根据阻力对比和优化确定球艏静态参数,根据波形计算和比较确定球艏动态参数。通过静态参数的建立和动态参数的预报,将可调型设计方案具体化。计算结果显示,可调型球艏能够实现低速阶段不增速,中高速阶段减阻显著的目标。     

基于艏艉全参数建模及自航计算的线型优化

以一艘散货船为例,介绍基于艏艉全参数建模和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)自航计算的线型优化方法。对艏艉进行参数化建模与变换,通过CFD进行船体阻力计算和自航计算,最终优化得到满足总体性能和轮机布置要求且螺旋桨收到功率最小的船体参数化模型。     

基于CFD和伴流场优化的肥大型船球鼻艏数值选型研究

在某肥大型船母型船的基础上设计了几种球鼻艏外形方案,基于CFD技术预报了母性船桨盘面处的伴流分布,通过与试验结果的对比分析,检验了数值预报方法的适用性,在此基础上采用该方法预报了不同球鼻艏方案的桨盘面处的轴向伴流,并使用WOF方法来衡量不同球鼻艏方案对应的轴向伴流均匀情况,通过对比分析得到一种伴流分布相对较好的球鼻艏方案.