基于响应面并行子空间设计的载人潜水器优化

为提高载人潜水器的设计效率和综合性能,确定了一型载人潜水器的设计参数,分析了学科与学科、学科与系统之间的关系,完成了基于多学科设计优化思想的载人潜水器学科分解,建立了载人潜水器结构设计矩阵。利用响应面模型建立了艇型与推进、结构等学科的学科分析模型,利用公式建立了其他学科及系统层分析模型。以艇重为目标函数,分别建立了基于响应面并行子空间设计和基于并行子空间优化的载人潜水器优化框架,可实现优化过程中的近似模型更新,以提高求解效率及精度。利用上述2个框架进行了优化求解,结果表明:相比初始方案,并行子空间设计并行子空间设计减重为7.822%、并行子空间优化减重为7.311%,但并行子空间设计在计算精度、求解效率和最优解获取的概率等方面更具有优势。

桨后自由叶轮理论设计方法研究

为对桨后自由叶轮进行综合设计研究,在前桨给定的前提下,采用螺旋桨的旋涡理论对桨后自由叶轮进行设计。前桨和自由叶轮之间的相互影响通过诱导速度来考虑,诱导速度通过以速度势为基础、采用源汇混合分布以及双曲面元的低阶面元法求得并进行周向平均,将非定常问题转化为定常问题。在实际设计过程中,通过面元法对前桨尾流场进行分析来求其收缩率,从而确定自由叶轮涡轮段直径,并用面元法分别对前桨和自由叶轮进行水动力性能预报,循环迭代直至桨后自由叶轮系统水动力性能收敛。实例设计分析表明:在较低进速条件下,设计的自由叶轮可获得较高的效益,效率最高可提升14.42%。

对转桨适伴流设计方法研究

为了实现节能的目标,提出了一种高效对转桨适伴流设计方法。首先,通过船模试验获取某集装箱船船后桨盘面处的标称伴流,对应的实船伴流则通过ITTC提供的经验公式换算获得。采用螺旋桨环流理论分别对前桨和后桨进行实桨适伴流设计,前后桨之间的相互影响通过诱导速度来考虑,且诱导速度作为伴流的一部分,采用面元法进行非定常水动力性能预报。通过实例设计分析可知:在设计进速条件下,该方法设计的对转桨同设计的单桨相比效率可提高12.09%。

新型小水线面穿浪双体船的阻力性能研究

为了研究某新船型的开发以及快速性问题,本文提出并介绍了一种新型小水线面穿浪杂交双体船的构型,首先对其开展了相关的模型拖曳试验,然后基于RANS方法、数值水池以及6-DOF运动模型的数值模拟方法对该船型的阻力性能进行数值计算,通过与试验结果的对比,验证了该数值模拟方法的可行性;同时对该船型在其他不同工况下的阻力性能也进行了数值计算,并对排水量和主尺度相似的WPC和SWATH也进行了数值计算,研究结果表明:对比不同工况下该船型的数值计算结果,发现正浮时的阻力、升沉以及纵倾角都要小于有初始纵倾角的值;在中低速时三种船型的无因次阻力、纵倾角以及无因次升沉差别很小,高速时该杂交双体船的无因次阻力、纵倾角以及无因次升沉都要小于WPC以及SWATH,从而说明了该船型在高速时具有优于同排水量和主尺度的WPC和SWATH的阻力性能。

螺旋桨空间诱导压力场计算分析

为了对螺旋桨诱导的空间压力场进行计算分析,采用低阶速度势面元法分别对均匀流及非均匀流中螺旋桨的水动力性能及空间压力进行了计算.对螺旋桨旋转一周产生的空间压力场进行傅里叶转换,在频域内进行分析.通过对实例计算脉压场进行分析可知,做旋转运动的螺旋桨在其后方尾流范围内产生强烈的脉动压力场,与敞水情况相比,船后伴流中的螺旋桨对桨前空间也产生较强的脉动压力场,且在高伴流区内脉压信号更显著.

基于观察窗蠕变特性的耐压球壳优化

针对载人潜器耐压球壳优化问题,本文设计了基于观察窗蠕变特性的耐压球壳参数化分析流程。采用最优拉丁超立方方法进行了样本点的选取与分析,构建了观察窗有机玻璃本构模型,建立了基于径向基神经网络耐压球壳近似模型。以耐压球壳质量为目标函数,采用多岛遗传算法进行了单目标优化求解。以观察窗蠕变位移、耐压球壳质量为目标函数,采用第二代非支配排序遗传算法进行了多目标优化求解。结果表明:单一质量优化效果不明显,而观察窗蠕变变形明显增大,多目标优化方案质量最大增幅2.07%,观察窗变形最大降低-18.09%,说明在耐压球壳设计的过程中考虑观察窗蠕变效应,可提高载人潜器的安全性。

船用CAD参数化绘图系统的配置化实现方法

针对传统船用CAD参数化绘图系统程序设计中出现的开发调试工作量大,修改调整周期长、系统通用性不强等问题,采用配置化的开发理念,利用基于已有的图纸文件快速构建参数化绘图的命令流模板文件,基于模板文件自动构建参数化绘图系统的参数输入界面等具体的技术方法,设计和实现更具通用性的CAD参数化绘图系统,实际船舶轴系设计应用表明,该方法可以快速构建特定对象的CAD参数化绘图系统,提高相关工作的效率。

基于数据库和3DE软件的船舶大表面快速设计方法

[目的]为支持船舶分舱设计信息数据存储和快速三维建模,提出船舶分舱的参数化设计模型并开发相应程序。[方法]首先提出参数化数据结构,用于表达船舶甲板和舱壁等分舱要素的主要设计信息;然后开发可交互式程序用于船舶大表面设计,通过输入参数化数据结构中的数据和信息,完成船舶甲板和舱壁的设计,并在数据库中存储相关设计信息;最后开发该程序与三维设计软件之间的数据接口,基于数据库中的设计信息,实现船舶甲板和舱壁自动化快速建模功能。[结果]通过使用所开发的程序,可在数据库中存储不同船舶的分舱设计信息,并在三维设计软件中自动快速完成三维建模工作。[结论]快速分舱方法促进了船舶设计的数字化和三维化发展,提高了船舶设计的质量和效率。

船用LNG燃料储罐蒸发量与维持时间计算方法

在液化天然气(LNG)动力船舶设计中,船用LNG燃料储罐中的蒸发量和维持时间的计算,对于LNG动力船蒸发气体处理系统的设计有着重要意义。提出了一种基于LNG平均蒸发率的LNG燃料储罐蒸发量和维持时间计算方法。利用传热学公式,对储罐分别装液氮和LNG时的蒸发率进行分析,得到储罐的液氮静态蒸发率和LNG静态蒸发率之间的关系。根据不同压力下的LNG密度和汽化潜热的关系,得出储罐内部压力在小范围变化时的平均蒸发率计算公式。运用计算所得的LNG平均蒸发率推导出LNG蒸发量的计算公式,根据蒸发后储罐中气体质量的变化得出维持时间的计算公式。最后,以某20m3 LNG储罐为例,分别使用基于LNG平均蒸发率的方法和基于液氮蒸发率的方法计算了该LNG储罐的蒸发量和维持时间,其在维持时间内的蒸发量分别为20.72kg和34.1kg,维持时间分别为21.64d和13.15d,基于LNG平均蒸发率方法比基于液氮蒸发率方法得出的蒸发量少13.38kg,维持时间多8.49d。使用这2种方法进一步计算了蒸发量随时间的变化并进行了比较,结果表明,2种方法计算的储罐蒸发量随时间的变化总体趋势相同,但蒸发量和维持时间差别较大;与基于液氮蒸发率的方法相比,基于LNG平均蒸发率的方法所计算的结果更接近实际值,能更好地指导LNG动力船蒸发气体处理系统的设计。

对转舵桨水动力性能理论分析

为了对对转舵桨水动力性能进行计算分析,文章采用低阶速度势面元法建立了对转舵桨水动力性能理论迭代预报模型。对转舵桨的前桨、后桨和吊舱单元之间的相互扰动通过诱导速度来考虑,诱导速度由面元法计算获得。为了对对转舵桨性能进行对比分析,文中采用同样的预报模型对相应常规单桨水动力性能进行了计算,该单桨与对转舵桨在设计工况下能够提供相同的推力。实例计算结果表明,在提供相同推力的条件下,对转舵桨相对单桨收到功率可降低8.03%。与单桨相比,对转舵桨尾流周向诱导速度明显减小,其尾流旋转能量得到有效回收。

LNG动力船供气系统低温管道应力分析

LNG动力船的应用已经进入快速发展阶段,供气系统作为核心系统之一,其低温加注及供气管道的应力分析对保障船舶安全稳定运行起着至关重要的作用。以大型原油运输船LNG供气系统为例,采用CAESAR II软件,考虑重力载荷、温度载荷、压力载荷、船舶附加载荷、紧急切断阀水锤载荷等因素,在不同载荷工况下对其低温管道进行应力分析校核,得出较大应力点,为优化管道布置及支撑设计提供了依据。

基于神经网络的船舶电力系统故障诊断方法

船舶电力系统集成了发电、电力转换、电力传输和配置等功能,为船舶自动化电气、照明、导航等系统提供能源,是船舶必不可少的基础系统。由于船舶电力系统的工况复杂,环境恶劣,电力系统的故障率比较高。针对这一问题,本文结合电力系统的关键元件建模,开发了基于神经网络算法的船舶电力系统故障诊断方法,介绍了故障诊断的流程,并基于Windows 7平台开发了船舶电力系统故障在线监测系统,可以在线监测电力系统的功率谱、电流等参数。

中小型拖船主尺度及排水量的确定

根据拖船的设计特点,提出了一种确定主尺度和排水量的方法。首先介绍拖船的设计特点,并在此基础上分析影响主尺度及排水量确定的主机功率、主尺度、空船重量、稳性等因素,其次对船长、吃水、型深、船宽等进行计算并确定,最后估算各部分重量及排水量,以及校核性能,最终确定初步设计。此方法经实船应用,各项技术指标均符合设计要求。

对转桨综合设计方法研究

为了设计出高效节能的对转桨,采用螺旋桨的旋涡理论分别对前桨和后桨进行设计,前桨和后桨之间的相互影响通过诱导速度来考虑,并用面元法分别进行水动力性能预报.通过实例设计分析发现:在设计进速条件下,该方法设计的对转桨与设计的单桨相比效率可提高10.24%;在一定进速范围内,进速系数越大对转桨节能效果越佳.