SBD技术及其在自动飞行系统设计中的应用

ＳＢＤ（ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄＤｅｓｉｇｎ）技术是将仿真技术应用于产品研制阶段，在未真正制造出原型系统的情况下，用虚拟原型样机（ＶＰ）展示产品的动、静态性能，从而缩短产品研制的周期，减少研制的费用，提高产品的质量．ＳＢＤ在于提供一个开放、分布和并发的环境．对ＳＢＤ技术的主要功能框架结构进行了论述，并给出ＳＢＤ技术在自动飞行系统设计。

SBD技术在“探索一号”科考船线型设计中的应用

文章介绍了"探索一号"科考船船体改型设计及基于数值仿真方法(Simulation Based Design,SBD)的艏部线型优化设计。首先,依据总体设计要求,对原船艏部进行了加长并开展了线型设计,采用基于RANS的数值评估方法对改型前后船舶阻力进行计算分析。在此基础上,采用SBD技术开展了艏部线型优化设计,以设计航速时的总阻力作为目标函数,FFD方法实现船体几何自动重构,利用粒子群优化算法对线型优化设计问题进行求解,设计结果表明:在满足工程约束条件下,最优方案总阻力收益十分显著,航速12kns时模型总阻力减小了7.7%,剩余阻力系数减小了26.6%。

基于SBD技术的小水线面双体船首尾鳍优化设计

首尾鳍作为小水线面双体船(small water-plane-area twin hull,SWATH)的重要组成部分,对其运动性能有着较大影响,是SWATH船型设计的关键技术之一。本文将SBD(simulation based design)技术引入小水线面双体船首尾鳍的优化设计中。以经济航速和设计航速总阻力为目标函数,首尾鳍面积、主翼攻角和襟翼攻角等参数为设计变量,以航行姿态作为约束条件,开展6000吨级小水线面双体船首尾鳍优化设计。结果表明,最优设计方案较原方案在经济航速点总阻力减小约10%,运动姿态也得到较大改善。该设计方法在满足约束条件下以性能最优为目标来驱动设计,为船舶附体的优化设计提供了一种全新的途径。

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SBD的局部气垫双体船快速性优化设计

局部气垫双体船是一种新型高性能船舶,其气垫高度、片体间距、气封泄流高度等因素对快速性具有重要的影响。文中基于SBD(simulation based design)技术,采用非支配解排序遗传算法分别对局部气垫双体船在越峰段与设计航速段的总阻力值进行双目标优化设计。结果表明:在优化目标所在的航速范围内获得了较好的效果,体现出该优化方法在局部气垫双体船阻力性能优化设计中的优越性。

基于CFD的船型优化设计研究进展综述

随着计算机技术的飞速发展以及最优化理论的不断完善,最优化技术已被引入船舶设计领域,并与先进的CFD技术成功结合,发展形成了崭新的SBD(Simulation Based Design)技术,该技术为船型优化设计和构型船型打开了新的局面,在国际船舶研究设计领域引起了广泛的关注。文中对船舶领域中的SBD技术的基本内涵及其所包含的主要关键技术进行了阐述和总结,同时对国内外该研究方向的发展现状与趋势进行了分析和评述。

新型仿生螺旋桨优化设计

对导边变形的仿生螺旋桨的水动力性能优化设计提出一种新颖的方法.基于仿生学原理与参数化建模的方法,将座头鲸前鳍的凹凸结构应用于螺旋桨导边,即在螺旋桨导边迎流区依据指数衰减曲线和正弦函数曲线将标准光滑导边进行类似座头鲸鳍突起结构状的凹凸变形,获得的导边凹凸的仿生螺旋桨.分别对指数衰减型仿生桨与正弦函数型仿生桨进行水动力性能、空泡性能以及噪声性能数值模拟.选出其中性能较优的螺旋桨,然后将基于仿真设计(SBD)技术引入新型仿生螺旋桨优化设计中,以控制导边变形的指数衰减曲线形状的参数为优化设计变量,以母型桨的转矩作为约束条件,选取敞水效率为目标函数,采用Sobol与T-Search优化算法,构建基于指数衰减曲线的仿生螺旋桨优化研究系统.研究结果表明:将座头鲸前鳍的凹凸结构应用于螺旋桨导边对螺旋桨的空泡性能与噪声性能有所提高,但对于螺旋桨敞水性能的提高不显著,验证了本研究所建立的仿生桨水动力性能优化设计方法是有效可靠的,为仿生螺旋桨的性能数值计算及构型优化设计提供了一定的理论依据和技术指导.

一种船体型线整体优化设计方法研究

依托数值优化集成系统,采用曲面参数化基础上的自由变形(FFD)技术,探讨了一种船体曲面整体优化方法。通过适当设定控制点及其变化方式,简易而直截了当地实现了横剖面的刚性纵向移动。以浮心纵向位置构建约束条件,以较少的设计变量,取得较明显的阻力性能收益。对这一方法,进行了概念性的演示和考察,显示其切实可行而且有效。

基于仿真设计技术的线型优化方法应用分析

针对仿真设计(Simulation Based Design,SBD)技术在船型设计中应用存在局限性的问题,提出一种以SBD技术为基础的线型优化方法,为该技术在船型设计领域的广泛应用提供一种新思路。建立船体参数化模型;通过全局参数灵敏度分析,减小设计参数数量,缩小最优线型的搜索范围;在整个设计优化空间内完成对目标船阻力性能和推进性能的优化。将该方法应用于某大型液化气船线型研发项目中,结果表明,通过该方法得到的优化方案在设计航速点的收到功率相比初始线型降低5%以上,优化效果显著。该项目的成功开展表明该优化方法可靠、有效、易操作,可为后续全面实现以数值评估和目标函数寻优为主导的知识化、智能化设计模式提供参考。

全局流场优化驱动的船舶水动力构型设计新方法

以船舶数值仿真技术为依托,以高速计算能力为基础,结合船体几何重构与变形技术,并将其融入基于现代优化分析理论的设计流程,建立了一种全局流场优化驱动的船舶水动力构型设计新方法/模式,国际上称之为SBD(Simulation Based Design)技术。该文系统介绍了该设计方法的概念内涵和关键技术,对国内外相关研究进展情况进行了总结和评述,并对后续发展趋势以及该方法在船型创新设计中的重要性进行了分析。