基于Rankine源法的最小阻力船型设计方法研究

本项目研究宗旨是在船模阻力试验的基础上，基于势流兴波阻力Rankine源法，并考虑尾部粘性分离影响，研究船体形状变化和阻力性能的关系，建立非线性规划法的数学模型，开发全船线型优化设计程序。本项目的特色是把控制尾部粘性分离作为约束条件，把兴波阻力和平板摩擦阻力之和作为目标函数，以船型修改函数的参数为设计变量，研究最小总阻力船型优化设计方法，开发具有自主知识产权的全船线型优化设计程序，其研究成果不仅能为船舶设计及航运部分提供优化船体形状的理论基础和技术支持， 而且还能为船舶初步设计阶段船体线型的快速生成提供新思路。

为了获得低阻、高效的节能船型，以势流兴波阻力Rankine源法为基础，开发具有自主知识产权的最小总阻力船型优化设计程序。研究了非线性Rankine源法的数值计算方法和船体、自由面网格划分方法；研究了基于B样条函数的船体几何参数化表达方式；研究了船体尾部发生粘性分离的判断方法，并开发了相应的计算程序；以Rankine源法计算的兴波阻力和平板摩擦阻力公式计算的摩擦阻力之和为目标函数，以B样条函数的参数（或船型修改函数的参数）为设计变量，在确保排水量为基本约束条件下，再去考虑尾部粘性分离的附加约束条件，采用非线性规划法建立船型优化数学模型，研究综合考虑兴波阻力和粘性分离影响的全船线性优化设计方法，以S60船型为例进行优化计算，获得了理论上的最小总阻力船型，再对该船型和母型分别进行拖曳试验，验证了理论优化的可靠性，获得了实际的最小总阻力船型。在此研究基础上，分别进行了基于混合优化算法的船型优化设计，考虑静水阻力和波浪增阻的船型优化设计和考虑船体和螺旋桨相互干涉时兴波阻力的数值计算方法。本项目的研究成果可为新船型开发提供理论基础和技术支持，也能为进一步开展基于CFD的最小总阻力船型优化设计奠定理论基础。