基于非线性规划法的最小阻力船型优化设计

摘 要 ： 了 获得 阻力 性 能 优 良船 型 ， 为 以兴 波 阻 力 理 论 为 基 础 ， 用 非 线 性 规 划 法 并 结 合 Ｃ 利 ＡＤ技 术 研究 最 小 阻力 船 型 的优 化设 计 ． 总 阻 力 为 目标 函数 ， 阻 力 用 兴 波 阻力 和 平 板 摩 擦 阻 力 之 和 来 以 总 表 达 ， 计 变量 取船 型修 改 函数 的参 数 ， 保 证 必 要 的排 水 量 为 基 本 约 束 条 件 下 ， 取 Ｗ ｉ ｅ 设 在 选 ｇ ｙ船 ｌ 型 为初 始 船 型 ， 别 对 船 体 的 首 部 和 全船 线 型进 行 优 化 设 计 ． 过 将 改 良船 型 的 阻力 性 能 、 体 线 分 通 船 型 和基 于 Ｍ ｉ ｅｌ 分 法 的优 化 计 算 结 果 相 比较 ， 实 了 在 相 同 的 设 计 参 数 和 约 束 条 件 下 ， 用 ｃ ｌ积 ｈ 证 采 Ｒ ｎ ｉｅ 法进 行船 型 优 化 结 果 更 可 靠 ． ａ ｋｎ 源 关键 词 ： 线 性 规 划 法 ； ａｋｎ 非 Ｒ ｎ ｉｅ源 法 ； ｃｅｌ Ｍｉ ｌ积分 法 ； 小 阻 力船 型 ； 化 设计 ｈ 最 优
比； 根据 模型 试 验 取 Ｋ一０ ８ ； 为 形 状 影 响 因 ．６Ｐ
子 ， 据模型试 验取 Ｐ一０ １ ． 根 ．６
１
Ｒ 一 寺ｌ ｓ ｆ ｆ Ｄ ｃｏ
厶
（） ２
难 以达 到实用程 度． 因此 ， 随着计算 机 的计 算速度
和存 储量 的迅速 提 高 ， 用最 优 化技 术 进 行 船型 利
Ｒ 采用 Ｒ ｎ ｉｅ ａ ｋｎ 源法来 计算 ．
兴 波阻力 修 正 系数 Ｋ 可取 对 应 于初 始 船 型 设 计航 速 点 的兴 波 阻 力 试 验 值 与 理 论 计 算 值 之
的若干个 船型方 案 进 行优 选 评 价 （ 于正 问题 ） 属 ， 从 中选择 性 能 较 好 的船 型 方 案Ｌ ］ 但 由 于采 用 ５． Ｃ Ｄ技 术评 价一个船 型 的 阻力需 要 若 干个 小 时 ， Ｆ 如果再 和最优化 技术结 合起来 探讨 最小 阻力船 型
探讨 最小 阻力船 型 的优化 设计 ， 和基 于 Ｍｉ ｅｌ 并 ｃ ｌ ｈ
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ７ ２ １ — １ １
（） ３
Ｕ
式 中 ： ｅ 雷诺数 ； 为船 长 ； Ｒ 为 Ｌ ｕ为流 体 的运 动粘 度 ； 为航 速 ； Ｓ为湿 面积 ， Ｓ根 据 船 体 表 面 坐标
操纵性 和 耐波性 等 性 能． 最 小 阻力 船 型 的确 定 而
积分 法 的优化计 算 结 果相 比较 ， 到 了在 相 同 的 得
设计 参数 和约束 条件下 采用 Ｒ ｎ ｉｅ ａ ｋｎ 源法进 行船 型优 化结果 更可靠 的结 论．
又是船 舶设计 者首 先要追 求 的 目标口 ］ 以往 的船 ． 舶线 型设计 ， 主要 是通过参 考成 功的母 型船 、 依据 设计者 的 经验 和进 行 船 模 试 验 的综 合 方 法 来 完
中 图 法分 类 号 ： ６ ． Ｕ６ １ １ Ｄ Ｉ １ ． ９ ３ ｊｉ ｎ １ ０ — ８ ３ ２ １ ． ２ ０ ５ Ｏ ：Ｏ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ６ ２ ２ ． ０ ０ ０ ． ３ ｓ
在满 足一定 的装 载要 求 和设 计 条件 下 ， 体 船 最佳线 型 的确定是 船舶设 计过程 中既 繁复而 又关 键 的技 术之 一 ， 因为它直接 影 响到船舶 的快 速性 、
第 ３ 卷 第 ２ ４ 期 ２１ ０ ０年 ４月
武 汉理 工大学 学报 （ 通科 学与工 程版 ） 交
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｙ
（ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｎＳ ｉ ｃ Ｔｒｎ ｐ ｒ ｉ ｃ ｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ａｏ ｅ ｎ ｉｅ ｒ ） ｎ
张宝吉（９１ ： ， 士 ， 师 ， １ ８一）男 博 讲 主要 研 究 领 域 为 船体 线 型 优 化 设 计
第 ２ 期
张 宝 吉 ， ： 于非 线 性 规 划 法 的最 小 阻 力 船 型 优 化 设 计 等 基
・３ ９ ・ ５
优 化设计 （ 属于逆 问题 ） 还是 以兴波 阻力为 主要 目
Ｃ 为平板摩 擦阻力 系数
一
０ ４ ３ １ Ｒｅ ‘ ． ６ （ｇ ） ・’
一
标 比较现 实． 为此 ， 本文 以兴 波阻力 数值计 算精度
较好 的 Ｒ ｎ ｉｅ源 法 为基 础 ， 用非 线 性 规划 法 ａ ｋｎ 利
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ２ １３ ．
Ａ ｐｒ ２０１ ． ０
基 于非 线 性 规划 法 的最 小 阻力船 型优 化设 计
张 宝 吉Ｄ 马 坤。 纪 卓 尚
（ 海 海 事 大学 海 洋 环 境 与 工 程 学 院” 上 海 ２ １０ ） （ 连理 工 大学 船 舶 工 程 系 上 ０ ３ ８ 大 大 连 ｌ ６ ２ ） １０ ４
的局 限性＿ ］ 因此 ， 文试 图采 用 理论 计 算 的方 ３． 本
法， 探讨 最小 阻力船 型 的优 化设计 方法．
Leabharlann Baidu
近年来 ， 随着 计算 流 体力 学 （ Ｆ 的不 断 发 Ｃ Ｄ）
展， 人们 开始采 用 Ｃ Ｄ技 术 进行 船 型 优 化设 计 ． Ｆ 应用 Ｃ Ｄ技术进 行 船 型 优化 主要是 对 事 先 生成 Ｆ
成， 这要 花 费大量 的时 间和费用 ， 而且还 具有很 大
船 型优 化 数 学模 型 的建 立
１ １ 目标 函 数 ．
本 文选 取 总 阻 力 Ｒ 为 目标 函数 ， 兴 波 Ｒ 用 阻力 Ｒ 和相 当平 板摩擦 阻力 Ｒ 之和来 表达 ， 即
ｍ ｉ ｎ Ｒ 一 ＫＲ ＋ （ １＋ Ｐ） Ｒｆ （） １