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原文传递面向减阻的船舶型线反向设计方法研究

论文题名：	面向减阻的船舶型线反向设计方法研究
关键词：	集装箱船;船型优化;反向设计;减阻性能
摘要：	随着全球航运业的不断发展，来自船舶营运立场的油耗问题与来自海洋环境保护视角的温室气体排放问题引起了国际范围内的广泛关注。船型优化对于航运业节能减排实现经济环保利益最大化是当今船舶科学研究领域的重点攻关课题。本文瞄准船型设计技术发展前沿，针对节能减排的新型船型优化设计理念，重点突破优化求解技术，依托可靠有效的船舶水动力性能预报技术，以船型参数化建模为技术支撑，最终建立稳健的船型优化设计系统，并形成了工程实际应用能力，为船舶设计方法的自主创新和技术能力的跨越发展奠定基础。　　本文系统归纳了国内外船型优化的相关研究成果，分别详尽地论述了船型变换技术，水动力性能预报技术及最优化求解技术三大核心技术模块。　　本文首次将同伦算法应用于船型反向优化设计中，并通过分析优化结果，得出同伦算法比LM算法有更好的收敛性，进而发现了同伦算法在求解船型反向优化设计问题时的优化效果好，计算速度快的独特优点。　　进而又提出了VS-G（vortex search algorithm with gradient-based approximation）算法并首次将其应用于船型反向设计优化中。数值结果表明，该算法优于SA，PS和ABC算法，算法可与pso2011相媲美。新的VS-G算法克服了原始算法易陷入局部优解的缺点。针对船体反向设计中的求解过程，首次将基于单解的元启发式算法，VS算法和VS-G算法应用于船型反向设计优化中，通过分析优化结果，得出VS-G算法比VS算法有更好的收敛性，进而发现了VS-G算法在求解船型反向优化设计问题时的优化效果好，计算速度快的独特优势。　　然后，针对船型优化中的反向设计问题，并据此提出了反向设计的数学模型。针对反向设计的数学模型，应用算法进行求解，详细描述了反向设计流程。然后据此程序，通过数据集成和过程集成的技术手段，成功的搭建了反向设计平台。并运用该平台完成了1300TEU集装箱船和KCS船船模的以兴波阻力系数为优化目标的优化工作，并体现了该船型反向设计优化平台的优越性。　　最后，以中高速船为研究对象，选取实用船型1300TEU集装箱船，对该船艏部型线完成了基于设计航速点的多种优化算法的型线优化，减阻效果收益显著，并对各优化算法的减阻差异与计算收敛性进行了对比分析。最终优化方案船型的总阻力均有所减小，优化计算结果较为理想，表明本文建立的船型优化设计系统的可行性与有效性。　　进一步地，选取国际标准船型KCS集装箱船为研究对象，对该船型的首部几何形式，开展了基于单一设计航速的型线优化。减阻效果明显，船舶整体减阻效果比较均衡，基本保持在2.0%。此项研究对于集装箱船实际营运的节能减排问题具有工程意义，也为船舶创新设计和绿色节能船型研发提供了研究手段和技术支撑。
作者：	黄雨佳
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	侯国祥
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文