５４卷第４期（总第２０７期）　２０１３年１２月　中　国　造　船　ＳＨ碑ＢＵＩＵＤＩＮＧ　ＯＦ　ＣＨ　Ａ　ｖ０Ｉ．５４　Ｎｏ．４（ＳｅｒｉａＩ　Ｎｏ．２０７）　Ｄｅｃ．２０１３　

文章编号：１０００．４８８２（２０１３）０４－０００１－０９　

一种船体型线整体优化设计方法研究　

陈红梅，于海，蔡荣泉　

（中国船舶及海洋工程设计研究院，上海２０００１１）　

摘　要　

依托数值优化集成系统，采用曲面参数化基础上的自由变形（ＦＦＤ）技术，探讨了一种船体曲面整体优　化方法。通过适当设定控制点及其变化方式，简易而直截了当地实现了横剖面的刚性纵向移动。以浮心纵向　位置构建约束条件，以较少的设计变量，取得较明显的阻力性能收益。对这一方法，进行了概念性的演示和　

考察，显示其切实可行而且有效。　

关键词：数值优化集成系统；曲面参数化；ＦＦＤ技术；ＳＢＤ技术　中图分类号：Ｕ６６２．２　文献标识码：Ａ　

０　引　言　

新船能效设计指数（ＥＥＤＩ）的逐步施行，对我国船舶工业造成很大冲击。ＥＥＤＩ公式指明了未来　

船舶设计技术的发展方向，我们应该在此基础上提高船舶设计科技水平，转变新船设计理念，加大对　

现有船型的优化力度。　

传统的船型优化是根据经验，人为直接改进其几何形状，对目标船型进行各项水动力模型试验。　

这种传统的设计模式，强烈依赖于设计师经验，并且设计周期长，对于新型船型的开发和设计，这种　

基于工程回归分析和经验的传统设计方法越来越无能为力。近年，船体型线自动优化技术快速发展，　已取得积极进展　Ｊ。　

当前，出现了一种新研究方向，试图让设计变量与船型参数更为直接地相关，使优化过程或优化　策略与传统船型修改或设计方法、设计流程，更为贴近或更为清晰地对应。　

Ｋｉｍ，Ｙａｎｇ在文献［３］中，通过对ＳＡＣ（ＳｅｃｔｉｏｎＡｒｅａＣｕｒｖｅ）的调整，实现对船体的整体调整。文　中构建的整体方法，允许ＳＡＣ变化的方式、幅度较有限。比如，让允许变化的范围和位置固定不变。　

由文中ｃａｓｅｌ可以看出，其后果是单一使用该文构建的整体方法，并未实现幅度较大的纵向整体调整和　

明显的性能改善。由其ｃａｓｅ２算例可见，其实这一点反而是通过单一的局部方法才得以实现的。可见，　

仅通过局部方法，也可引起幅度足够的面积纵向整体调整。但这通常需要调整多处横剖面，往往需要　较多的设计变量，效率较低。两者组合应用的ｃａｓｅ３，使效果进一步显著，但使需要的设计变量更多。　

本文依托数值优化集成系统，采用曲面参数化基础上的自由变形（ＦＦＤ）技术，探讨了一种新的　

船体曲面整体优化方法，并对这一方法进行了概念性的演示和考察，显示其切实可行而且有效。　

收稿日期：２０１３．０４－０３；修改稿收稿日期：２０１３．１２－０

６　中　国　造　船　学术论文　

１数值优化集成系统　

本文依托数值优化集成系统［４－５］进行研究工作。该集成系统由优化平台软件ＯＰＴＩＭＵＳ、曲面变形　软件ＤＥＰ－Ｍｏｒｐｈｅｒ、船舶性能评估ＣＦＤ软件ＳＨＩＰＦＬＯＷ以及自编ＣＡＤ与ＣＦＤ之间的数据转换接口　软件ＧｒｉｄＯｆｆｓｅｔＣｏｎｖｅｒｔ．ｅｘｅ组成。在船舶设计初期，可以采用该集成系统进行船体曲面的水动力性能的　优化。　所建优化平台的主要工作流程如图１所示。　

２船体型线整体优化　ＤＥＰ－Ｍｏｒｐｈｅｒ　ＣＦＤ分析软件　

图１工作流程图　

船体型线整体优化所采用的方法是，通过改变船体若干站的横剖面的纵向位置，即沿纵向调整船　身的体积分布，来改变船身的横剖面面积曲线，并进而引起浮心位置的变化。　２．１优化对象　为演绎本文所提出的船体型线整体优化方法，选取的船体型线优化对象为ＫＣＳ船。船体主要参数　

见表１。在Ｆｒ＝０．２６时，实现船体的整体优化。　

表１　ＫＣＳ主尺度　

￡ｐ加　

Ｌｗ１／ｍ　

Ｂ　／ｍ　

Ｔ／ｍ　

Ｖｓ／ｋｎ　

Ｆｒ　２３２．５　

３２．２　

１０．８　

２４　

０．２６　

２．２优化设计　对优化问题进行分析，建立优化问题的如下数学模型。　（１）目标函数　在优化点（Ｆｒ＝Ｏ．２６）处，兴波阻力系数Ｃｗ最小。兴波阻力系数采用波形积分法中的横切积分方　法计算。由该方法得到的兴波阻力系数，对不同方案的优劣判断相对比较可靠Ｌ５ｊ。　

（２）曲面参数化及定义设计变量　５４卷第４期（总第２０７期）　陈红梅，等：一种船体型线整体优化设计方法研究　９　

［２】　李胜忠．基：￣ＳＢＤ技术的船舶水动力构型优化设计研究［Ｄ］．中国舰船研究院博士论文，２０１２．　

［３］　Ｍ　Ｈ，ＹＡＮＧ　Ｃ，ＫＩＭ　Ｈ　Ｊ，ＣＨＵＮ　Ｈ　Ｈ．Ａ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｌｏｃａｌ　ａｎｄ　ｇｌｏｂａｌ　ｈｕｌｌ　ｆｏｒｍ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｆｏｒ　ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［Ｃ］／／２８ｔｈ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｎａｖａｌ　Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｐａｓａｄｅｎａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，１２—１７　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２０１０．　［４】陈红梅，蒋技赞．船舶水动力性能的数值优化集成系统研究［Ｊ］．船舶，２０１２（２）．　［５】陈红梅，蔡荣泉．势流计算在船舶型线优化改型中的适用性研究［Ｊ］．船舶工程，２０１２增刊２，总第３４卷．　

［６】ＨＯＥＫＳＴＲＡ　Ｍ，ＲＡＶＥＮ　Ｈ　Ｃ．Ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｓｈｉｐ　ｈｕｌｌ　ｆｏｒｍｓ［Ｃ］／／ＮＡＶ　２００３　Ｃｏｎｆ，　Ｐａｌｅｒｍｏ，２００３．　［７］７　Ｈ１ＮＯ　Ｔ．Ｅｄｉｔｏｒ（２００５）［ｃ］／／ＣＦＤ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　Ｔｏｋｙｏ　２００５，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ．　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ａ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｕｌｌ　Ｌｉｎｅ　

ＣＨＥＮ　Ｈｏｎｇｍｅｉ，ＹＵ　Ｈａｉ，ＣＡＩ　Ｒｏｎｇｑｕａｎ　

（Ｍａｒｉｎｅ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＣｈｉｎａ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００１１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ａ　ｇｌｏｂａｌ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｈｕｌｌ　ｌｉｎｅ　ｉｓ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅ　ＦＦＤ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｐｅｒｆｏｒｍ　ｒｉｇｉｄ　ｍｏｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｐｌａｎｅ　ｉｎ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｆｏｒ　ＫＣＳ　ｓｈｉｐ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ；ＦＦＤ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＳＢＤ．　

作者简介　

陈红梅女，１９７７年生，博士，高工。从事船舶型线自动优化和船舶快速性研究。　于海男，１９８０年生，高工。从事船舶ＣＦＤ相关工作。　蔡荣泉男，１９４４年生，研究员。从事船舶流体力学研究。