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基于CFD方法的半滑行艇阻力数值模拟与船型优化研究
| 论文题名： | 基于CFD方法的半滑行艇阻力数值模拟与船型优化研究 |
| 关键词： | 半滑行艇;船型优化设计;全参数化建模;阻力特性;数值模拟 |
| 摘要： | 海事巡逻艇是海事部门日常巡逻执法的交通工具，它的具体任务主要包括水上巡逻监管、警戒监护、维护水上秩序、进行交通疏导、现场抢险以及应对水上突发事件等，具有艰巨性和紧迫性。鉴于这种特点，科研人员越来越重视对于海事巡逻艇的快速性研究。目前对于黑龙江地区的海事巡逻艇设计，科研人员主要采用经验公式估算船舶阻力和针对母型船进行型线修改得到新船，这种方法的主观性和随机性较强，对于船型的阻力以及其他性能是否最优无法得到保证。为了提高内河巡逻艇的设计效率，本文以实际工程项目为依托，以总长为13.5m的内河海事巡逻艇为研究对象，研究对半滑行艇进行全参数化建模和阻力数值模拟以及以参数化模型为基础进行型线优化的方法。 首先，本文对半滑行艇的参数化建模方法进行研究。针对全船分析相关特征参数，选定各决定参数，对相关影响参数进行参数分级，根据分级参数对特征曲线进行建立;根据已选定的特征参数与已建立的特征曲线对内河海事巡逻艇进行全参数化建模，并与实船数据进行对比验证了参数化建模的可靠性。 之后，基于CFD方法对不同航速下的巡逻艇在静水中的航行进行阻力数值模拟，并将结果与经验公式计算结果进行对比分析，对数值模拟方法的可靠性进行了验证，阻力数值模拟的可靠性为后续结合数学最优化方法实现船型优化奠定了坚实基础。 最后，完成以船舶阻力为优化目标的船体型优化。在第一层相关初始设计参数误差变动控制范围下，采用DOE方法对二级参数进行影响分析，之后用正交试验方法对各影响参数进行相关参数变量敏感度分析，然后对筛选后变量应用Sobol算法与基于Pareto精英策略的遗传非支配算法NSGA-Ⅱ对模型进行优化，而第一层初始设计参数作为目标函数的约束条件，控制相应变化裕度，以航行阻力作为优化目标进行船型优化，最终得到较为优秀的优化船型。 本文以基于CFD方法的阻力数值模拟与船型优化作为主要研究内容，完成了对于内河巡逻艇的全参数化建模方案，之后对参数化模型进行了阻力数值模拟计算，之后对参数化船型进行优化，本文的研究成果对于半滑行艇的阻力数值模拟与船型优化有一定贡献与相应的应用前景，对目前巡逻艇快速性研究与设计改进具有相应的工程实用性与参考价值。 |
| 作者： | 赵晟 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 冯峰;陈北光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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