三尾船型参数化建模及型线优化设计

文中以某型三尾船为研究对象,采用CAESES软件进行全参数化建模,通过改变控制船体曲面的设计变量,基于布置约束以及静水力约束以三尾船的总阻力作为优化目标,对其首尾型线进行优化.结果表明:该船型在设计航速下的总阻力得到了有效降低.

基于代理模型的风力机翼型动态失速优化设计

为改善风力机翼型动态失速性能,利用代理模型方法替代计算流体力学(CFD)方法开展翼型动态失速特性优化设计。通过CST参数化方法构建翼型几何外形,采用优化的拉丁超立方抽样进行试验设计,获得样本点处的气动力参数,建立高斯过程回归模型,依据改善期望最大准则增加样本点,不断提高模型精度。以降低风力机翼型的平均力矩与阻力系数为优化目标,以平均升力系数不降为限制条件,采用受自然启发的全局进化类遗传算法进行寻优。结果表明:与原始翼型相比,优化翼型综合气动性能更优,尤其是平均阻力与平均力矩系数,分别减小9.57%与16.6%;此外,优化翼型可抑制后缘涡向前缘发展,在一定程度上改善动态失速。

风力机翼型参数化表达及收敛特性

为了扩展出新的风力机翼型型线和建立便于优化统一的数学模型,基于儒可夫斯基保角变换理论和西奥道生法,提出一种通用的翼型形状参数化集成表达函数(形状函数),分析并推导生成翼型的控制条件方程,研究翼型设计空间覆盖特性情况。以FX66-S196-V1翼型为例,研究应用参数化集成方法生成的不同阶次拟合翼型的几何收敛特性和空气动力收敛特性,随着拟合阶次的增加,拟合翼型的几何坐标和气动性能结果向原翼型逐渐逼近,其11阶拟合翼型的气动特性能够很好的吻合原翼型。在相同工况下11阶拟合翼型升力特性、阻力特性结果与该翼型试验数据的误差很小,可以利用11阶拟合翼型代替原翼型进行风力机的设计和分析,并总结不同翼型参数化集成表达的最低拟合阶数。

Matlab优化工具在通用风力机翼型型线设计中的应用

基于Matlab软件中的优化算法和优化工具,针对风力机翼型通用型线集成表达式建立了优化数学模型。以风力机翼型的最大升阻比为优化设计目标函数,翼型形状控制方程的系数为设计变量,翼型的厚度和弯度为约束条件,设计得到了相对厚度为18%的风力机翼型,并对其性能进行了计算分析。研究结果拓宽了风力机叶片翼型的设计思路和设计方法。

基于人工神经网络与遗传算法的风力机翼型优化设计方法

开发风力机专用翼型是风电技术中的一个关键问题,高升阻比翼型的优化设计方法是目前风力机空气动力学的重要研究课题。该文建立了多运行工况下升阻比最高的风力机翼型优化设计方法,运用Bezier函数建立了翼型的数字化参数表征方法,根据完全析因试验设计方法选取了翼型族的设计空间,利用计算流体力学方法获得了每个翼型样本的气动性能参数,采用人工神经网络和遗传算法相结合的现代优化方法数值求解了优化命题。基于上述模型对FX63–167翼型进行优化改进,重点研究风力机翼型在3种运行工况点下的气动优化设计命题及其求解方法。计算表明优化后翼型具有更佳的气动特性,各工况点下的升阻比均有所提高,验证了该优化方法的合理性、可行性。

基于贝赛尔曲线和粒子群算法的涡轮叶片型线参数化建模

建立涡轮叶片型线的参数化模型是进行叶片设计优化的前提和关键。基于三次贝赛尔曲线,充分利用叶片的基本几何参数,详细地推导了叶片型线方程,建立了涡轮叶片型线的参数化模型。基于建立的参数化模型,采用粒子群优化算法来重构实际涡轮叶片型线,给出了具体计算步骤。结果表明:建立的参数化叶片模型光滑性质量高,且具有很好的形状控制能力,可以快速地修改设计参数并再生模型。基于粒子群优化算法重构叶型的方法可以快速准确地重构实际涡轮叶片型线,为涡轮叶片叶型的设计优化奠定了重要基础。

通用风力机翼型型线的表面粗糙度敏感性研究

以风力机翼型为对象,应用边界层理论建立翼型前缘的气流分离模型,探讨气流分离前后翼型表面压力场和速度场的变化规律。相对于传统的翼型反设计理论,提出一种新的集成的、直接的通用翼型型线设计理论。基于泛函分析方法以及翼型保角转换理论,通过选取任意一组特征参数,建立通用风力机翼型型线的集成数学模型并提出其表面粗糙度敏感性的研究方法。研究了通用风力机翼型型线前缘不同分离点以及雷诺数对其气动性能参数的影响,得到不同表面粗糙度下通用型线气动特性的变化规律。研究结果对高性能低粗糙度敏感性的风力机翼型系列设计提供了理论基础,拓宽了风力机翼型的设计思路和方法。

优化算法在船体型线参数化设计中的应用

以目标船舶主尺度要素和承载船舶信息的基本曲线为输入信息,以曲线应变能为目标函数,提出参数化生成以NURBS表示船体型线的数学模型,采用两种优化计算方法(牛顿/拉夫森迭代法和微分群体智能算法)来数值求解该模型,并比较了不同算法所得出的船体曲线和计算过程。结果表明,依据本文介绍的数值算法,经参数化生成的船体型线能满足工程应用要求,并有望在船型优化设计中应用。

基于NAPA的圆舭艇型线参数化设计方法

型线设计是船舶总体设计的重要内容之一.通过圆舭艇船体几何形状分析,建立了几何特征线和点的参数表达式,并利用NAPABASIC语言开发了型线参数化设计宏程序,从而为圆舭艇船型数字化设计探索了一条高效的新途径.

基于通用型线和网格重构的风力机翼型设计

现有翼型表达大都基于控制点和初始成熟翼型,设计空间小因而不利于选出高性能翼型.基于Joukowski保角变换通用翼型形线表征形式,编程集成ICEM和FLUENT完成翼型生成、大变形网格重构、边界条件生成和流场解算,采用改进遗传算法进行高升阻比风力机翼型多学科联合设计.结果表明本平台设计的翼型在设计、非设计工况下以及主要攻角范围内有较高升力系数和升阻比.该型线集成表达和流场计算多学科设计方法,也为类似气动优化设计提供参考.

基于叶素理论风力机翼型气动性能数值分析

风能是可再生能源中发展最快的清洁能源,也是具有大规模开发和商业化发展前景的可再生能源。Asadi等人分析了内转子参数对于双叶片混合式风力机性能的影响;吴友健等人研究了不同湍流模型对风力机叶片翼型气动性能参数计算结果的影响;马林静等人采用CFD软件对两种风力机翼型S825和S827进行数值模拟,研究了不同网格密度、不同湍流模型对风力机翼型的影响;高伟等人发现风力机的几何参数对风力机性能参数的影响;陈福东等采用数值模拟的方法研究雷诺数改善失速特性的影响;Yinran Li等人对风沙环境下风力机翼型的气动特性研究。

基于NX的船舶型线三维参数化建模系统构建

采用自定义特征建模方法,基于NX 11. 0平台开发完整的船舶型线三维参数化建模系统,系统包括型线自动快速生成和丰富的型线参数化编辑方式,型值表关联技术以及型线求交算法的使用,测试结果表明,系统功能齐全、操作便捷、高度参数化,可有效应用于船舶型线建模。

基于儒科夫斯基变换的液力变矩器泵叶参数化集成

针对LB46型导叶可调式液力变矩器泵轮叶片形状的研究,借鉴风力机翼型型线参数化描述的思想,在儒科夫斯基变换原理的基础上,通过四个不同阶次的数值拟合,找到最优的三阶拟合结果,建立参数化模型。通过计算流体力学方法,计算变矩器内流场,得到参数化模型原始特性曲线与实验测量结果一致,验证了这种集成方法的可行性,为变矩器结构创新提供了新思路。

基于参数化建模的船体型线优化设计

应用CAESES软件和SHIPFLOW软件建立优化设计平台,对某6 800m2牲畜船的船首进行全参数化建模,通过改变控制船体曲面的设计变量,并结合Sobol和NSGA-Ⅱ两种算法,对设计吃水和压载吃水两种工况下总的兴波阻力最佳船型方案进行搜索.通过CFD方法将优化后型线方案与母型船的总阻力性能做比较.结果表明,优化后船体兴波在两种工况下均得到改善,且总阻力也得到了明显降低,验证了基于参数化建模的船体型线优化设计方法的有效性和工程实用性.

套筒调节阀节流窗口型线参数化设计方法研究

针对套筒调节阀节流窗口型线设计难点,根据流体力学、流量特性和窗口型线几何方程的相关理论,对其等百分比流量特性的窗口型线进行参数化设计。以可调比为50∶1的DN80-C_(v,max)(44)套筒调节阀和DN200-C_(v,max)(275)套筒调节阀为例,基于理论研究设计其窗口型线。借助ANSYS Fluent软件,分别对两台阀门5%、10%、20%、…、100%开度模型进行仿真,得到各开度下仿真流量系数与理论流量系数之间的误差均不超过10%,满足节流窗口精度设计要求。分别对两台调节阀5%、10%、20%、…、100%开度模型进行流量试验。结果表明:阀门在5%和10%开度时,试验流量系数和理论流量系数误差较大;在20%~100%开度时,试验流量系数和理论流量系数误差均在10%以内,且流量控制精度较高;节流套筒与阀塞之间的环向间隙对阀门小开度时的流量系数影响较大;理论流量特性曲线、仿真流量特性曲线和试验流量特性曲线高度吻合,验证了所提方法的正确性。

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。

基于CFD的船舶球首型线自动优化

在满足排水量及航速要求情况下设计出性能优良的船体型线,降低船体阻力、节能降耗是造船界一直所追求的目标。船舶球首的大小、位置和形状对船体兴波影响非常大,因此文章通过船型参数化融合方法,生成一系列球首型线,并以兴波阻力最小为目标,采用遗传算法实现球首型线的自动优化。将上述方法应用于某集装箱船球首型线的自动优化,并进行船舶静水阻力实验,实验表明优化船型在设计航速附近总阻力降低明显,说明文中采用的基于CFD船型自动优化方法是可行的。

基于多项式插值函数的翼型参数化设计方法

为开发性能优良的风力机专用翼型,提出一种借助广义的中弧线函数和对称翼型的型线函数构造翼型表面形状的方法。首先,推导了表征翼型几何特性的多项式插值函数表达式,改变多项式的系数和阶次,可对翼型的几何形状进行调整和优化;然后,为验证新方法精确描述翼型曲线的能力,分析比较了5种典型翼型应用不同阶次插值函数的拟合精度;最后,以s809和NACA63-412为例,对原翼型和多项式拟合翼型的气动特性进行比较,显示出所提出的方法具有良好的几何和气动收敛特性。

内燃机配气凸轮型线参数化模型的建立

利用Pro/ENGINEER软件完成了在图形软件中凸轮型线的参数化模型的构建任务。建立后的模型通过对相似的配气机构的基本设计参数加以限定,便能自动生成凸轮型线的图形文件,从而直接为数控机床提供凸轮模型的全套的NC代码以指导CAM过程,达到了一种高效、高精度的良好效果。

基于数学船型的全参数化船型设计

根据近似理论,利用带有形状因子的指数函数,提出船型曲线的近似表示,进而利用设计要求中的排水量和浮心纵坐标构造超越方程组,通过求解形状因子得到船体型线的数学表达,获得满足静水性条件的初始船型,从而实现舰船的全参数化设计。该技术有助于船舶概要设计和多学科设计优化。最后,实例验证了该方法的有效性。