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。

豪华邮轮多航速兴波阻力的船型优化

[目的]豪华邮轮的型线优化设计,除了要考虑美学视角因素,更重要的是还要考虑在整个航行阶段都能满足绿色节能、安全舒适等方面的要求,其中针对多航速船舶阻力性能优化进行豪华邮轮的船型设计尤为重要。[方法]首先,基于自主开发的船型优化设计软件OPTShip-SJTU,以某豪华邮轮为原始船型,通过自由变形方法,对船艏、水线、船艉等位置进行局部变形;然后,通过基于Neumann-Michell(NM)势流理论的兴波阻力求解器NMShip-SJTU进行阻力评估,并结合优化算法得到不同航速下兴波阻力系数最优的船型;最后,采用经过广泛验证的高精度黏流求解器naoe-FOAM-SJTU对优化船型做进一步验证。[结果]结果显示,基于NM势流理论的兴波阻力优化可以得到多航速下总阻力性能更优的船型,相比基于黏流CFD评估进行优化,更高效,且得到的优化船型在2个航速下总阻力分别降低了0.65%和0.98%。[结论]研究表明,基于数值模拟的船型优化设计流程可以应用于豪华邮轮的阻力性能优化。

重庆-上海江海直达船船型优化

为提升重庆—上海过闸型江海直达船的航行性能和经济性,以满足通过三峡船闸船舶吃水要求的江海直达船型为研究对象,以排水体积和浮心纵向位置为约束条件,采用理论设计与数值计算相结合的方法优化船型。采用Rhinoceros软件进行船体建模,采用CAESES(FRIENDSHIPFramework)软件进行半参数化模型优化,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术进行阻力预报。通过2轮优化对比,优化船型在10 kn、13 kn和16 kn航速下的总阻力相比原始船型分别减小10.76%、8.18%和1.86%。研究表明:垂直艏+下凸艉组合的减阻效果要优于尖直艏+平直艉组合,且航速越低,减阻效果越明显;采用多航速验证方法能有效避免固定航速船型优化的局限性。研究结果可供江海直达船的船型设计和建造参考。

基于全参数化建模的高速客船型线优化设计

以某型高速客船为研究对象。采用CAESES FRIENDSHIP-Framework软件进行全参数化建模,对初始模型采用SHIPFLOW软件进行兴波阻力计算,将计算结果与船模试验结果进行对比,以验证计算的可靠性。采用Sobol算法进行特征参数的灵敏度计算,以有效降低设计空间维数,提高计算效率。建立多航速优化模型,完成船体艏部兴波阻力优化。结果表明,优化模型的兴波阻力在多航速下较初始模型均明显降低,研究结果具有一定的工程实用价值。