非线性规划法的最小阻力船型研究设计

以往采用模型试验方案缺少对阻力函数分析,导致设计效果较差。为了获得阻力性能优良船型,利用非线性规划研究最小阻力船型。以兴波阻力、粘压阻力和平板摩擦阻力之和的总阻力为目标函数,设计变量,以此修改船型参数。设置基本约束条件,结合最小阻力船型优化流程,分别对改良后的横向剖面和线型进行分析,由此完成最小阻力船型设计。以集装箱船为试验对象,对比分析模型试验方案和非线性规划方案船型所受阻力情况。由对比结果可知,明显降阻效果证实非线性规划方案更为合理。     

基于CFD和响应面方法的最小阻力船型自动优化

  目的  为减小高速船舶的兴波阻力,提出一种减阻水翼附体。  方法  水翼附体截面选择NACA 0012翼型,采用经收敛性验证和可靠性验证的数值计算方法,对安装于船艏的不同尺寸、不同安装位置水翼附体的减阻效果进行研究,并进一步分析在船艉加装T型翼的减阻效果。  结果  结果显示,当仅在船艏安装了水翼附体时,在高航速（Fr=0.45,0.494）下总阻力最大可以减小7.38%和6.82%;在船艉加装T型翼后,阻力会进一步减小,在高航速（Fr=0.45,0.494）下总阻力分别可以减小9.35%和11.13%。  结论  所提出的减阻水翼附体可以大幅减小高速船舶的总阻力,提升高速船舶的快速性,能够为进一步改善高速船舶的航行性能提供新的技术手段。     

基于CFD和响应面方法的最小阻力船型自动优化

计算流体动力学CFD方法凭借其较高的计算精度和获取更多流场信息的能力逐渐成为新船型设计重要手段.文章利用iSight多学科优化平台建立了一套船型优化系统,集成了CFD技术、船型变换及自动生成技术和响应面代理模型技术和组合优化算法.编制了船型参数变换和生成系统实现了船型变换和CFD计算程序Shipflow输入数据的自动连接;通过对主要船型参数的控制,实现整个船型优化流程的自动化.采用了进化遗传算法(GA)与二次序列规划法(SQP)相结合的二阶组合优化方法实现了从全局探索再到局部空间寻优的整个流程.同时,将响应面近似模型(RSM)引入到优化进程中,解决了计算精度与优化效率间的矛盾,使得高精度的CFD分析工具融入到船舶优化设计进程中成为可能.最后利用该系统对一条设计船的阻力性能进行了优化.     

最小阻力的参数化船型优化研究

采用基于形状参数的船型参数化方法实现复杂舰船的参数化建模,利用Isight集成框架构建基于阻力的船型优化模型,实现参数化船型生成、阻力计算及优化算法等功能模块集成。以某船型为例,选取5个船型参数作为优化变量开展船型优化,并对优化算法开展研究分析。优化研究获得了阻力最小的船型参数组合及合适的优化算法,算例表明,基于形状参数的船型优化方法具有较强的适用性。

     

基于计算流体动力学的最小阻力船型自动优化

基于计算流体动力学(CFD)理论,利用iSIGHT 优化设计平台构建一种船型自动优化方法。该方法集成船型变换及自动生成技术、CFD 技术及优化算法。优化过程中,编制船型参数化融合模块实现船型变换与SHIPFLOW软件输入数据间的自动连接;采用遗传算法与二次序列规划法相结合的组合优化方法实现从全局探索再到局部空间寻优的整个流程。以某双艉集装箱船为例,优化后船体兴波阻力明显下降,总阻力也得到显著的改善,获得了设计航速下总阻力最小的船艏与船艉线型组合,表明了该方法的可行性与有效性。研究显示,所提出的方法可以获得阻力性能优良的船体型线供设计者参考,具有较强的工程适用性,在基于CFD的船型自动优化方面具有广阔的应用前景。

     

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。     

基于遗传算法的最小阻力船型优化设计

遗传算法是一种全局最优化算法,它能够克服传统优化方法的缺点和不足,从而获得全局最优解。因此,为了获得阻力性能更好的优良船型,将遗传算法进行适当改进并用于船型优化中,进行最小阻力船型优化设计,以非线性兴波阻力理论(Rankine源法)为基础,利用遗传算法并结合CAD技术进行船型优化设计。在优化过程中,把总阻力作为目标函数,设计变量取船型修改函数的参数,确保排水量为基本约束条件下,对船体前半体型线进行优化研究。选取某高速巡逻艇作为初始船型进行优化计算,获得的最优船型总阻力降低了13.1%,兴波阻力降低了21.7%,表明遗传算法用于船体线型优化设计是行之有效的。     

高速船的最小阻力船型

改善船舶设计以减小船舶所需推进功率问题一直深受人们关注。采用“爬山法”和遗传算法的组合方法对总阻力进行最小化计算,不论在单一速度／水深条件下,还是在各种速度／水深条件下,总阻力都达到最小。允许水线长度和吃水在规定范围内变化,因而允许使用非矩形轮廓外形。     

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。     

考虑分离的最小阻力船型的研究

本文论述了获得低阻优化船型的方法，并以模型试验验证了该方法及其分离判别方法的有效性。采用Ｗｉｇｌｅｙ船型作为母型船，基于Ｍｉｃｈｅｌｌ的兴波阻力理论，并考虑粘性阻力，将非线性优化技术的ＳＵＭＴ方法应用于两种情况：一种是船首形状的优化，另一种是整个船型的优化。用新建立的简单分离判别方法检验了分离事件。对分离的发生用模型试验完成了理论与试验结果之间的比较研究。     

35000吨散货船船体线型优化及设计研究

针对新一代绿色环保船型研发的需求,在已有性能较为优良的35000吨散货船的基础上,对船体线型作进一步的优化设计.利用势流计算原理及粘性流计算原理分别对船体周围流场特性进行计算分析,结合在船体线型设计方面的经验对原船线型作进一步的改型优化,并通过水池模型快速性试验验证获得了更为优良的船舶线型。     

基于二次流能量法的最小阻力船型研究

船体尾部流场速度场的横向和垂向分量是导致粘性阻力增加的根本原因,为了获得最小总阻力船型,以船体尾部区域为优化设计对象,以YZ方向的二次流能量最小为目标函数,以样条函数的参数为设计变量,在保证排水量为基本约束条件下,根据实际情况附加其它约束条件来控制尾部形状的变化,采用非线性规划法进行优化设计。通过集装箱船的优化算例,证实了采用该方法进行船型阻力优化的可靠性。     

绿色35,000吨散货船船体线型优化及设计研究

本文针对新一代绿色环保船型研发的需求,在已有性能较为优良的35000吨散货船的基础上,对船体线型作进一步的优化设计。利用势流计算原理及粘性流计算原理分别对船体周围流场特性进行计算分析,结合在船体线型设计方面的经验对原船线型作进一步的改型优化,并通过水池模型快速性试验验证获得了更为优良的船舶线型。经对线型改型优化,既降低了阻力又提高了推进效率,总的节能效果可达9%。说明线型改型优化已取得了较为明显的效果。此外,采用粘性流计算原理进行数值计算应较势流计算原理更为全面合理。特别对原来快速性能已较优良,方形系数CB较大的船型来说,采用粘性流的计算分析法能获得更为合理的结果。     

船体阻力数值计算在肥大船型球首优化中的应用

以一艘低速肥大型油船为研究对象,设计了三型多参数共18个不同球首。采用荷兰MARIN水池开发的RAPID软件进行船体阻力数值计算,为肥大船型的球首优化提供了必要的基本信息。     

基于阻力分析的穿浪双体船船型设计及优化

针对双体船片体间存在阻力干扰的问题,以某穿浪双体船(WPC)为参考船型,通过运用某商业船舶设计分析软件建立船体模型,得出阻力及片体干扰变化规律。结果表明,在傅汝德数Fr=[0.5,0.6]存在临界区,此时阻力最大干扰严重,且随着片体长宽比L/b和片体间距比k/b的增大,阻力峰值降低并前移;随着Fr的增大,干扰减小,且L/b和k/b的改变对减少阻力意义不大。     

基于阻力性能的金枪鱼船船型参数优化研究

在一定约束条件下,合理改变船体形状可以有效地降低船舶阻力.论文使用了一种船体线型改变方法,描述了船型参数变化与总阻力变化的关系.首先确定影响渔船阻力性能的主要船型参数,然后使用Lackenby方法改变船体型线生成系列船型样本空间,利用数值模拟对样本进行阻力预报,最后探讨船型参数变化对总阻力的影响,并优选出阻力性能最优的...     

基于母型船的船体线型优化设计研究

为满足MARPOL公约新要求,某科考船的后续船型燃油舱需采用双舷侧外板保护,船体宽度较母型船增加。为降低后续船船体宽度增加引起的阻力,利用CFD方法分析母型船船模及宽度增加后的流场、阻力特点,确定降低后续船的兴波阻力为重点优化方向。通过改变球鼻艏参数降低船体兴波阻力,根据多种改型模型的CFD计算结果,确定了较优的球鼻艏参数,有效降低了后续船的阻力。     

基于最小偏差法的集装箱船船型优化

根据最小偏差法原理，建立了西江中小型集装箱船主要要素的多目标优化数学模型，运用遗传算法对该模型进行多目标优化。算例结果表明所建立的模型可行，能找到全局最优解，并在最优解基础上设计了实船。