基于CFD法的桨前预旋导流罩设计与分析

为满足现有船舶能效指数(energy efficiency existing ship index,EEXI)要求,达到节能减排的目的,基于水动力学基础理论,设计一种桨前预旋导流罩节能装置。该装置由加速型导管和导叶组成:加速型导管可以使水流紧贴船体,改善流动分离,使进入螺旋桨的水流更加均匀,从而提高螺旋桨的推进效率;导叶可以为螺旋桨提供预旋,减少能量损失。利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对比分析优化前后的船尾流场和伴流分布。通过组合与优化节能装置的设计参数,节能装置的节能效果可达7.96%。与自航试验结果比较,证明了采用CFD软件进行桨前预旋导流罩节能装置设计是切实可行的。

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。

基于Rankine源法的兴波阻力数值计算研究

以边界元法为基础,以Rankine源函数作为基本解,编制了兴波阻力数值计算程序,分别计算了数学船型Wigley、S60船型和实船26000t成品油船的兴波阻力,并将所得的计算结果与船模阻力试验值及Michell积分法相比较,结果表明Rankine源法和试验值比较接近,本方法可靠实用.

基于非线性规划法的最小阻力船型优化设计

为了获得阻力性能优良船型,以兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法并结合CAD技术研究最小阻力船型的优化设计.以总阻力为目标函数,总阻力用兴波阻力和平板摩擦阻力之和来表达,设计变量取船型修改函数的参数,在保证必要的排水量为基本约束条件下,选取Wigley船型为初始船型,分别对船体的首部和全船线型进行优化设计.通过将改良船型的阻力性能、船体线型和基于Michell积分法的优化计算结果相比较,证实了在相同的设计参数和约束条件下,采用Rankine源法进行船型优化结果更可靠.

基于非线性规划法的实用船型首部优化设计方法

为了得到阻力性能优良的实用船型,以线性兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法探讨最小总阻力船型的优化设计方法。以总阻力为目标函数(其中兴波阻力采用Michell积分进行计算),船体表面型值为设计变量,排水量不减为基本约束条件,再考虑实用船型的附加约束条件,对船体首部形状进行优化研究,得到改良船型。对优化前后的船型再利用Rankine源法进行兴波阻力数值计算,进一步评估优化后的降阻效果。最后给出了实际船型(集装箱船)的优化计算实例,明显的降阻效果证实了本优化设计方法的可靠性。

基于Rankine源法的船体线型优化设计

在船舶初步设计阶段,为了快速、准确地获得阻力性能优良的船型方案,将势流兴波阻力理论Rankine源法、黏性理论和最优化技术有机结合,开发了适用于实船的线型优化设计程序.在优化计算过程中,将降低兴波阻力作为主要目标,将排水量限制作为基本约束条件,将反映船型变化的船型修改函数参数作为设计变量,采用非线性规划法中的SUMT(sequential unconstrainedmini mization technique)内点法进行最优化计算.通过对某高速水面舰船前半体不同区域的优化计算,获得的改良船型降阻效果明显,由此验证了该程序用于船型优化的有效性和可行性.

基于势流理论的集装箱船型球首优化设计研究

带球首船型的降阻效果已被许多理论和实践所证实,然而要确定球首的大小和位置却比较困难,为了快速、准确地获得阻力性能优良的船型,以势流兴波阻力Rankine源法为基础,结合非线性规划法中的SUMT内点法进行船型优化设计.选取某集装箱船型为初始船型,对其首部进行三种改型,然后分别对其改型区域进行优化设计,得到三个带球首的改良船型.通过分析改良船型的阻力性能和球首形状,表明不同球首的降阻效果,从而为理论确定球首的大小和位置提供有益的借鉴,这一设计思想也可以改变已往大多凭经验和试验来设计球首.

考虑尾部黏性分离的全船线型优化

为获得低阻、高效的优良船型,以势流兴波阻力理论Rankine源法为基础,结合非线性规划法,提出以全船线型为设计对象,以降低兴波阻力为主要目标,同时考虑尾部黏性分离影响的最小总阻力船型优化设计方法.该方法利用简易二维湍流分离判断式求各流线上的分离点,近似求出分离域;然后根据分离域数值,判断黏性阻力,得到最小阻力船型.S60船型为母型的算例表明,运用该方法可获得在船体线型微小变化下总阻力有所改善的船型;设计思想可为研究船尾、乃至全船的线型优化提供理论基础和技术支持.

卓越工程师培养计划的“船舶阻力与推进”课程的教学改革与实践

为培养具有专业基础知识扎实、实践能力强的专业型复合人才,结合船舶与海洋工程专业卓越工程师人才培养目标、培养方案和教学大纲要求,针对核心课程"船舶阻力与推进"的教学模式和教学方法,以拓宽知识领域为前提,提倡学生自主学习,强化实践能力和创新意识的培养,开展"教师讲授""自主学习""实践创新"教学模式的改革与实践。

基于混合优化算法的船体线型优化设计

为了克服单一优化算法的缺点和不足,将遗传算法(GA)和非线性规划法(NLP)有机结合组成混合优化算法来优化船体形状,开发船体线型优化设计程序.在优化过程中,以Rankine源法计算的兴波阻力为目标函数,以船型修改函数的参数为设计变量,在保证必要排水体积的条件下进行优化设计.Wigley数学船型算例的计算结果表明,在优化效果和耗费时间上,混合优化算法的计算结果更优.该算法可为船舶初步设计阶段船体线型的选择提供理论基础和技术支持.

高速巡逻艇阻力预报及船型优化研究

为了快速、准确地获得高速船型的阻力性能,采用Michell积分法计算某高速巡逻艇的兴波阻力,并将计算结果同线性化的Rankine源法相比较,从而证实了该方法的有效性。同时以Michell积分法为基础,采用非线性规划法进行优化计算,在短时间内能获得性能优良的改良船型,由此可见,Michell积分法对于快速预报高速船型的阻力性能和船型优化是可靠的。

基于自适应小生境遗传算法的船型优化

自适应小生境遗传算法能够克服基本小生境遗传算法操作复杂和计算费时的缺陷,同时具有保持种群的稳定性,获取合适的子种群规模,从而更快地获得最优解的特点。为快速获得阻力性能优良的船型,以势流兴波阻力理论Rankine源法为基础,采用自适应小生境遗传算法并结合CAD技术进行船型优化设计。S60船型的优化算例结果表明,采用自适应小生境遗传算法进行船型优化具有可行性。

基于骑浪/横甩薄弱性衡准的船舶航行安全性分析

为了使船舶在风浪中航行更安全,国际海事组织制定了评估船舶是否发生骑浪/横甩的薄弱性衡准.以日本学者在IMO SLF55/INF.15会议上提出的船舶骑浪/横甩第2层薄弱性衡准提案为基础,对其进行分析研究.利用MAPLE数学工具编制相应的计算程序,以集装箱船、油船和渔政船为例,进行薄弱性衡准计算,并判断该船型发生横甩的概率,以此验证该衡准通用性和所编程序的适用性,为修订第2代完整稳性奠定基础.

船舶骑浪/横甩薄弱性衡准研究综述

随着计算机技术的高速发展和数值模拟技术的不断进步,将水动力学的最新研究成果用于船舶第二代完整稳性薄弱性衡准的研究已成为热点,在船舶设计领域引起广泛关注。而骑浪/横甩是船舶在随浪和尾斜浪中航行时发生倾覆的主要原因之一,具有显著的动力特性,直接影响着航行安全;因此,首先对船舶骑浪/横甩的发生机理、研究的关键问题进行归纳和总结,然后对船舶骑浪/横甩薄弱性衡准进行分析和评价,最后对船舶骑浪/横甩的国内外研究进展进行评述。其研究成果能为制定第二代船舶完整稳性提供有益的借鉴。

船舶骑浪/横甩薄弱性衡准研究

骑浪/横甩是导致船舶在随浪或尾斜浪中发生倾覆的主要因素之一。为了准确预报船舶是否发生骑浪进而导致横甩,以SLF55/INF.15会议上美国学者提出的船舶骑浪/横甩薄弱性衡准草案和IMO SDC 1/INF 8会议上美国、日本学者联合提出的薄弱性衡准草案为基础,对薄弱性衡准进行分析研究,并编制相应的骑浪/横甩判断程序;以C11船型等样船为例进行样船测试,判断是否发生横甩,并和前人的计算结果相比较,并以此验证该薄弱性衡准草案的通用性和此程序的适用性,为制定第二代完整稳性提供技术支持。

成品油船风帆助航结构强度有限元分析

加装风帆后船体的结构强度会发生明显变化,为更加准确地评估、校核加装风帆后船体的强度问题,选取某成品油船的货油舱段为研究对象,采用大型有限元软件ANSYS进行分析计算,参照《油船结构强度直接计算分析指南》规范进行校核,分析加帆后船体的受力特点并提出加强措施,为结构优化设计及有效控制结构重量提供可靠依据,也可为修订加装风帆船的结构强度规范提供有益的借鉴。

16000t成品油船螺旋桨液压无键联接的设计计算

为提高螺旋桨的安装、拆卸效率和使用寿命,采用螺旋桨液压无键联接方式,以16000t成品油船为例,介绍螺旋桨液压无键联接的设计计算方法以及参数的选取。

基于势流理论的双艉船型阻力计算研究

双艉船型是一种高效节能船型,为了评价其阻力性能,以势流理论为基础,采用Rankine源法来计算带双尾川江2000吨级成品油船的兴波阻力,根据三因次换算法获得总阻力,通过与试验值相比较表明,数值计算得到的阻力系数、波高和波形图能够较好地反映实际船体的兴波情况。

低速肥大成品油船阻力估算方法研究

以低速肥大型成品油船的船模阻力试验为依托,分别采用艾亚法、兰泼-凯勒法和Rankine源法来估算阻力性能,并绘制出有效功率随航速变化的曲线图,通过和试验值相比较,得出采用艾亚法来估算成品油船的阻力性能更有效的结论,为今后研究肥大船型的阻力性能提供有益的借鉴。

船体和螺旋桨相互干涉时的兴波阻力计算

为了更加准确地预报实船的阻力性能,在计算兴波阻力时考虑了船体和螺旋桨相互作用.对基本Rankine源法进行改进,船体周围的流场速度势可以表示成4部分:叠模绕流速度势、考虑自由面影响的波动速度势、螺旋桨对船体的干涉而产生的速度势和螺旋桨涡格子模型诱导速度势.以Hess-Smith法计算的叠模绕流解作为基本解,进行迭代计算,直至收敛.并编制了相应的数值计算程序,以26 000 t成品油船的模型为例进行分析比较,获得了令人满意的结果.