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基于多目标优化的船--机--桨匹配设计方法研究
| 论文题名： | 基于多目标优化的船--机--桨匹配设计方法研究 |
| 关键词： | 商用运输船舶;推进系统;多目标优化;经济性;排放性 |
| 摘要： | 对于商用运输船舶，传统的船-机-桨匹配设计为了追求船舶运营经济性，一般以螺旋桨敞水效率为设计的唯一目标。近年来，国际排放法规的日益严格，对船舶推进系统设计提出了更高的要求。本文基于多目标优化的船-机-桨匹配设计方法，可以实现船舶经济性、排放性以及螺旋桨性能的并行设计，在设计选型阶段就能获取最优的综合指标，缩短后续设计人员校核与迭代优化的时间，提高设计效率。 本文根据船舶推进系统能量传递关系以及船、机、桨各自工作特性，建立了船-机-桨匹配设计数学模型，针对不同设计参数的输入、输出排列组合，归纳了3类匹配设计情况，分别表示实际设计中船-机-桨匹配的不同方向，并根据实船数据对匹配方法准确性进行验证。本文量化了衡量船舶运营的性能指标，归纳总结了全航程燃油消耗、船舶能效设计指数、氮氧化物排放计算模型，并针对船-机-桨匹配重要设计参数进行船舶性能指标的敏感性分析，得到了船舶运营性能指标随航速及螺旋桨直径的变化趋势与程度。同时，归纳了基于成熟空泡校核方法和强度校核流程的螺旋桨性能校核方法，并通过实船数据进行验证。 基于船舶运营性能指标和螺旋桨性能指标的计算模型，本文提出了基于多目标优化的船-机-桨匹配设计方法，实现兼顾船舶经济性、排放性并满足螺旋桨性能要求的船-机-桨匹配设计方案。为提高离散、高维、非线性的匹配问题求解能力，本文采用遗传算法进行多目标优化问题求解。为了在多组有效解中选择最终方案，提出了基于层次分析法和熵权法耦合权重的多目标决策评价方法，为最优解的选取提供科学决策方法。 本文提出的多目标优化船-机-桨匹配设计方法，基于明确清晰的船-机-桨映射关系数学模型，结合经济性、排放性等多个性能指标对船-机-桨匹配进行优化设计，为船舶推进系统设计与优化提供了一个开放的多设备、多目标优化框架，本文的研究工作对船舶集成设计与优化具有重要的应用价值。 |
| 作者： | 任慧琳 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 丁宇 |
| 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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