内河海巡艇阻力计算方法及船型优化研究_刘永臻.caj

【摘要】 海事巡逻艇是海事部门日常巡查执法的交通工具,它担负着海事现场巡查,海事法律法规、船舶航行安全知识和信息的宣传,以及海事事故现场抢险、组织施救、特种(大型)船舶或船队过境的维护等现场监管任务。鉴于海巡艇任务的艰巨性和紧迫性,其快速性的研究越来越得到广大科研人员的重视。目前重庆地区船舶设计人员在进行方案设计时,船舶阻力的估算普遍采用经验公式,而型线设计一般用母型修改法,设计人员主观性较强,不易获得快速性最优的船型。为了提高内河船舶的设计质量,本文以内河总长33m海巡艇作为研究对象,研究内河海巡艇阻力的计算方法以及船体型线的优化方法。首先,本文用Auto CAD中的LISP语言将艾亚法计算的图谱数值化,建立相应的数据表,并对研究对象的各个系数进行修正。利用MATLAB软件开发了基于艾亚法的阻力计算程序,通过算例对比分析程序计算结果、试验结果和艾亚法计算数据,验证了程序的可行性。在此基础上,利用该程序计算海巡艇5种航速下的阻力,该方法实现了方案设计阶段快速预报船舶阻力的目的。其次,根据确定的船舶型线图,利用三维建模软件CATIA绘制三维船舶模型,导入船舶水动力计算软件SHIPFLOW进行海巡艇的阻力数值模拟,得到不同航速下的波形图,纵向剖面波切图。对比分析经验公式法估算的阻力值和SHIPFLOW数值计算阻力值,验证数值模拟计算结果的可靠性。最后,采用CAESES软件中delta shift surface和delta shift两种方法对海巡艇艏部型线进行修改。在设计航速下,先后利用Sobol变量设计方法和NSGA-Ⅱ全局最优算法,将型线变形参数作为设计变量,排水量等参数作为目标函数的约束条件,以兴波阻力最小为目标,进行船型优化。用数值仿真方法分别计算了优化前后船型的总阻力,对比分析以获得阻力性能更优的船型,结果显示:在排水量限制范围内当船艏型线向外伸展一定的范围可以降低兴波阻力。同时,由于优化前后船体湿表面积变化很小,粘性阻力的变化并不明显,兴波阻力的减小使得总阻力得到改善。本文研究成果对于内河海巡艇的阻力计算及船型优化具有一定的应用参考价值,提出了现阶段内河船舶设计中型线设计随意性较大,阻力计算效率低,准确率不高等诸方面问题的一些解决办法。 

【关键词】 内河海巡艇； 阻力计算； 数值模拟； 船型优化；