美国海军水面舰船的多学科设计优化（一）

尽管外形优化设计已经在许多工业生产中受到了相当的重视，但对自动优化程序在水动力船舶设计方面的应用还远没有达到相同的水平。与先进的计算流体动力学和优化方法结合在一起，数值计算工具能作为船舶设计的辅助工具，它可增强操纵性能，减低开发和建造成本。本文尝试将一种多学科设计优化(MDO)程序应用于增强现有船舶的性能。现阶段的工作仅仅涉及到水动力优化算法的建模、开发和运算。对于海军水面舰船，本文根据大卫泰勒船模试验池(DTMB)的5415型船模提出并在MDO方法的框架内解决了两学科设计问题的三目标函数优化问题。采用一个很简单的决策系统来对Pareto最优解进行排序，并对所选的设计进行基于梯度的求精优化运算。     

美国海军舰船的黑水和灰水技术挑战和解决措施

目前，在美国沿海水域内舰船污水的排放受联邦水污染控制法和联邦规定的法规所限制。因此，大多数美国海军舰船装备了Ⅲ型船用卫生设备(零排放)，以便收集和贮存在沿海(0～3n mile)12hr航程内舰船产生的污水并在停靠码头时将污水(黑水)和灰水输送到岸上的处理设备。对污水的限制将受到国际上更严格的MARPOL公约附录IV标准的控制。除了大湖区以及其它一些州有规定之外，对灰水目前还没有制定限制规定。在21世纪，军用舰船在沿海水域的灰水排放将按照新制订的统一的国家排放标准(UNSD)进行控制。它列入FY96国防授权法的第325条款中。根据预测，未来环境保护法规将更加严格，废物处理的成本也会不断增大，海军战斗舰艇需要在沿海水域畅通无阻地航行，因此，美国海军决定有必要对控制和处理黑水与灰水的技术开展相应的开发研究工作。本文叙述了在海军海上系统司令部(NAVSEA)和海军研究局主持下，海军水面作战中心Carderock分部(CDNSWC)及其支持的承包公司所开展研究开发工作的现状。他们所面临的挑战是开发能够满足海军舰船使用要求的处理系统，对这些系统的要求是成本低、体积小、维修人员少和维修工作量少、可靠性高、安全性好。同时还需满足电磁干扰、噪音、振动和冲击等方面提出的特殊要求。已经开发研制成功并能满足上述要求的系统有配有耗氧生物预处理和紫外线后处理消毒装置的基于薄膜超滤技术的系统。根据系统的性能、系统的运行、占有的空问以及系统重量方面的不同特点分别对舱外和舱内膜系统进行了介绍。     

美国海军水面舰船的多学科设计优化（二）

考虑到分析阶段所选用的计算工具以及数学模型的复杂程度和计算成本，在MDO过程中提出了两个极端位置。本文的目的是研究MDO方法在船舶设计优化方面应用的某些有利之处。因此，本文没有将重点放在MDO方法在复杂水流问题计算程序的运用方面，分析阶段工作在采用非常简单的模型基础上已经     

美国海军舰船电磁兼容性设计技术综评

介绍了近几十年来美国海军舰船电磁兼容性(EMC)设计技术的发展历程。讨论了美国海军目前采用的舰船电磁工程仿真技术的研制背景、基本组成及其对美国海军装备的影响。     

舰船水动力虚拟试验技术创新研究

在分析了舰船水动力设计创新能力对虚拟试验的技术需求和挑战的基础上,提出了"舰船水动力设计评估与综合优化虚拟水池集成平台".本平台以虚拟试验技术为核心,以计算机技术为依托,综合了物理试验技术能力与资源,并以数字化形式凝练起来,建成面向全行业、辐射其他装备制造业的、集物理与虚拟试验系统为一体的研究与应用平台,为舰船研究、设...     

舰船海上数据浮标的水动力分析

由于受到人为等因素的影响,使得我国海洋中的自然灾害发生频率有所增大。因此,加大对海洋环境的监测力度显得尤为必要。舰船海上数据浮标通过搭载相关的仪器设备能够对海洋水文信息进行观测,依托这些信息可以为海洋资源的开发利用和各类灾害的防控提供可靠依据。为了确保海上数据浮标搭载的各种仪器设备能够保持稳定运行,必须确保浮标本身的可靠性。本文从舰船海上数据浮标的作用入手,分析了舰船海上数据浮标的水动力。     

多学科设计优化在船舶水动力性能优化中的应用

阐述了多学科优化设计方法(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)的发展应用情况。详细论述了基于协同优化方法的数学模型、优化原理和优化流程。针对水动力性能优化,分析了系统层和各学科的优化要素,初步建立了数学模型和优化框架。     

受损海事舰船操纵运动粘性水动力的数值模拟

利用传统方法对受损海事舰船操纵运动粘性水动力进行数值模拟计算,存在水动力导数计算误差大,准确性低的问题。针对上述问题,提出一种基于CFD的受损舰船操纵运动粘性水动力数值模拟计算方法。该方法主要分为6步骤:1)建立水动力数值模拟方程;2)确定方程计算域以及边界条件;3)划分受损船舶的计算网格;4)采用有限体积法离散方程;5)利用SIMPLE算法求取方程解;6)借助Fluent软件来对求得的解进行收敛,降低计算误差。结果表明:与传水动力统数值模拟计算方法相比,利用本方法对受损海事舰船进行10次操纵运动粘性水动力数值模拟计算,水动力导数计算误差减小0.02,平均误差降低5.4%。     

多学科设计优化在舰船设计中的应用

多学科设计优化是一种通过充分探索和利用系统中的相互作用的协同机制来设计复杂系统工程和子系统的方法论,该法已广泛应用于现代工程设计。舰船设计是一个涉及到多个学科的工程问题,传统设计采用螺旋设计法,割裂了学科之间的相互影响,其设计结果的好坏往往决定于总设计师的经验。本文通过采用多学科设计优化方法,对美国弗吉尼亚理工大学公布的导弹驱逐舰DDG设计模块进行优化设计,对多级多学科设计优化方法在舰船设计方面的应用展开探索。     

船舶水动力性能中的多学科交叉设计优化系统

传统的船舶设计通常只是通过优化设计追求一个或者某几个性能指标符合要求,并且往往局限于单学科指标的优化,无法实现多个学科之间的综合平衡。因此,船舶的系统综合性能仍然存在巨大的提升潜力。通过利用各学科之间的协同效应,多学科设计优化方法可以得到整体的最优解。因此通过多学科设计优化方法可以有效提高船舶的设计质量。本文主要开展船舶体型线水动力性能的相关研究。     

舰船设计问题中优化软件的应用

传统的舰船设计方法复杂且繁琐,有了一个简单易学,主要用于舰船设计的优化软件ＣＨＷＡＲＩＳＭＩ及其改版ＤＥＬＰＨＩ,使设计简便了许多。其核心优化装置主要由于程序ＯＰＴ来执行。概述了ＯＰＴ及用于求解线性规划问题的子程序ＤＡＮＴＺＩＧ原理,并用“极小面块状体”的例子和求解非线性设计问题的程序模块阐明了该软件的适应性。最后还介绍了螺旋桨优化程序ＯＰＡＬＬ。     

从美国海军能力转型看舰船新装备发展

通过对美国海军能力转型的宏观描述和分析,凝聚了海军舰船装备的发展趋势,并着重讨论了新装备发展所采取的策略.     

水下滑翔机外形设计与水动力计算

水下滑翔机是一种不依靠外部推进装置的水下自主航行器,它通过改变净浮力和浮心位置进行运动,因此要求其具有优良的水动力性能。本文介绍实验室所研制的水下滑翔机的外形设计,对水下滑翔机斜航运动与定常回转运动水动力进行数值计算,并实施拖曳试验,其计算结果与试验结果吻合较好。同时,在湖泊试验中水下滑翔机相继完成了多组锯齿运动和螺旋下潜运动,进一步验证水动力计算结果的准确性,满足工程应用的要求,其结果对水下滑翔机的设计具有一定的指导和借鉴意义。     

水下滑翔机外形设计与水动力计算

水下滑翔机是一种不依靠外部推进装置的水下自主航行器,它通过改变净浮力和浮心位置进行运动,因此要求其具有优良的水动力性能.本文介绍实验室所研制的水下滑翔机的外形设计,对水下滑翔机斜航运动与定常回转运动水动力进行数值计算,并实施拖曳试验,其计算结果与试验结果吻合较好.同时,在湖泊试验中水下滑翔机相继完成了多组锯齿运动和螺旋下潜运动,进一步验证水动力计算结果的准确性,满足工程应用的要求,其结果对水下滑翔机的设计具有一定的指导和借鉴意义.     

基于自适应进化策略的舰船甲板结构动力优化

舰船甲板结构是船体主要组成部分,它的动力性能影响到人员的舒适及船体安全,如果甲板振动过大,不仅会影响舒适性,甚至会导致甲板结构发生破坏,直接威胁船舶安全性.在舰船航行过程中,引起甲板振动的振源主要来自于螺旋桨和主机激励.本文基于自适应进化策略算法,考虑结构设计变量均为符合工程实际的离散变量,建立了适合对舰船甲板结构进行动力优化的方法,并针对某实船甲板出现有害振动问题,结合实船测量数据,对甲板动力特性进行了优化,得到减振结构修改措施.结果表明本文优化对于提高舰船的舒适性乃至安全性,有一定的实际意义和应用前景.     

舰船船型航行性能的多学科设计优化应用研究

舰船船型航行性能设计及优化是舰船总体设计的重要部分.针对以往迭代式的多方案船型设计及优选效率较低、难以获得全局最优解等不足,引入多学科设计优化方法,开展船型航行性能优化.以DTMB 5415标模船型阻力、耐波性和操纵性等综合优化为例,介绍船型多学科协同设计优化的一般过程,建立以典型性能指标为优化目标的数学模型,获得了综合航行性能明显改善的船型方案,验证了多学科设计优化在船型设计中的应用潜力.研究成果可为工程船型设计提供有益参考.

     

船舶水动力设计的先进计算

描述在静水和波浪中船体周围流场计算的发展概况。研究这种先进的设计和分析工具在计算舰船，货船的，先进的水上运载工具和帆游艇的静水性能，耐波性，波浪诱导的结构载荷和附加阻力等方面的应用。介绍经过修改扩充后的计算方法，并讨论大型固定海上平台的波浪诱导载荷和响应。     

美国海军专利的构成及其管理体制

介绍了美国海军专利的管理体制;详细分析了美国海军专利的构成;给出了在美国海军专利中的专业分布以及主要专利权机构的专利分布数量.     

中国舰船研究设计中心水面部快艇总体研究室

中国舰船研究设计中心水面部快艇总体研究室（简称一室）主要承担军用快艇、高性能船以及各种中小型民用船舶的总体研究设计。四十多年来，先后研制设计了几十型快艇和各种辅助船艇，为国防装备建设作出了重大的贡献。