Tối ưu hóa hình dáng thân tàu thủy bằng cách sử dụng mô hình tham số

Soonhung Han1, Yeon-Seung Lee1, Young Bok Choi2
1Department of Ocean System Engineering, KAIST, Daejeon, Republic of Korea
2Hydrodynamics R&D Group, Ship and Ocean R&D Institute, Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co., Ltd. (DSME), Seoul, Republic of Korea

Tóm tắt

Các tối ưu hóa thủy động lực học của hình dáng thân tàu đã được thực hiện bằng cách sử dụng các đường cong tham số được tạo ra bởi các đường cong tham số B-Spline được tối ưu hóa tính đối xứng, được gán nhãn là F-Spline. Hai chức năng của các mô hình hình học tham số được sử dụng trong nghiên cứu hiện tại: một hàm biến đổi có ràng buộc để tính đến các biến thể hình dáng thân tàu và một thực thể hình học được sử dụng trong thiết kế hình dáng thân tàu tham số hoàn chỉnh. Quy trình tối ưu hóa dựa trên F-Spline hiện tại được áp dụng cho hai tối ưu hóa hình dáng thân tàu thủy động lực học khác nhau: tối ưu hóa hình dáng toàn cầu của một tàu container cực lớn và hình dáng thân mũi tàu để tối ưu hóa thủy động lực học của một tàu chở LPG. Những cải thiện về hiệu suất của tàu đạt được thông qua quy trình F-Spline đề xuất được chứng minh qua các thí nghiệm số và qua các mối tương quan với dữ liệu thực nghiệm. Tàu container cực lớn đã được xây dựng và bàn giao cho chủ sở hữu. Nghiên cứu hiện tại xác thực hiệu quả của quy trình tối ưu hóa thủy động lực học được đề xuất, mở ra tự động hóa quy trình và cải thiện hiệu suất trong thực tiễn thiết kế tàu.

Từ khóa

#tối ưu hóa hình dáng thân tàu #F-Spline #thủy động lực học #thiết kế tàu container #tàu chở LPG

Tài liệu tham khảo

Abt C, Harries S (2007) A new approach to integration of CAD and CFD for naval architects. In: Sixth international conference on computer applications and information technology in the maritime industries (COMPIT), Cortona Birk L, Harries S (eds) (2003) OPTIMISTIC—optimization in marine design, Mensch & Buch Verlag, Berlin, ISBN 3-89820-514-2 Campana EF, Liuzzi G, Lucidi S, Peri D, Piccialli V, Pinto A (2009) New global optimization methods for ship design problems. Optim Eng 10:533–555 Campana EF, Peri D, Tahara Y et al (2006) Shape optimization in ship hydrodynamics using computational fluid dynamics. Comput Methods Appl Mech Eng 196:634–651 Campana EF, Peri D, Tahara Y (2004) Comparison and validation of CFD based local optimization methods for surface combatant bow. In: 25th symposium on naval hydrodynamics, St. John’s, Newfoundland and Labrador, Canada, August 8–13 Harries S (1998) Parametric design and hydrodynamic optimization of ship hull forms. Ph.D. Thesis, Institut für Schiffs-und Meerestechnik, Technische Universität Berlin, Germany; Mensch & Buch Verlag, Berlin Harries S, Valdenazzi F, Abt C, Viviani U (2001) Investigation on optimization strategies for the hydrodynamic design of fast ferries, FAST’01, Southampton Harries S, Abt C, Hochkirch K (2004) Constraint management for marine design applications. In: International symposium on practical design of ships and other floating structures (PRADS 2004), Lübeck-Travemünde, Germany, September 2004 Harries S, Friendship Systems (2007) Hydrodynamic optimization of the DSME 60K LPG Carrier, FS-Report 175-02-01 Hinatsu M (2004) Fourier NUBS method to express ship hull form. J Mar Sci Technol 9:43–49 Holtrop J (1984) A statistical re-analysis of resistance and propulsion data. Int Shipbuild Progress 31(363):272–276 Lackenby H (1950) On the systematic geometrical variation of ship forms. Trans INA 92:289–316 Larsson L (1997) SHIPFLOW user’s manual and theoretical manual, FLOWTECH Int. AB, Gothenburg Lee YS, Kim SY, Kang KT (1995) Hull form generation by using TSK fuzzy model. Fuzzy logic and its application, information science and intelligence systems Lee YS (2003) Trends validation of CFD predictions for ship design purpose. Ph.D. Thesis, Institut für Schiffs-und Meerestechnik, Technische Universität Berlin, Germany Maisonneuve JJ, Harries S, Marzi J, Raven HC, Viviani U, Piippo H (2003) Toward optimal design of ship hull shapes. In: 8th international marine design conference, IMDC03, Athens Min KS, Lee YS, Han BW, Kang SH (2004) Hull form optimization for fine higher-speed ships. In: 25th symposium on naval hydrodynamics, St. John’s, Newfoundland and Labrador, Canada, August 8–13 Nowacki H, Creutz G, Munchmeyer FC (1977) Ship lines creation by computer—objectives, methods, and results, symposium on computer-aided hull surface definition. Annapolis, MD Nowacki H, Boor MIG, Oleksiewicz B (1995) Computational geometry for ships. World Scientific, Singapore Nowacki H, Kaklis PD (eds) (1998) Creating FAIR and SHAPE-preserving curves and surfaces. B.G. Teubner, Stuttgart Papanikolaou A, Zaraphonitis G, Boulougouris E, Langbecker U, Matho S, Sames P (2010) Multi-objective optimization of oil tanker design. J Mar Sci Technol 15:359–373 Pérez-Arribas F, Suárez-Suárez JA, Fernández-Jambrina L (2006) Automatic surface modeling of a ship hull. Comput Aided Des 38:584–594 Pérez F, Suárez JA, Clemente JA, Souto A (2007) Geometric modeling of bulbous bows with the use of non-uniform rational B-Spline surfaces. J Mar Sci Technol 12:83–94 Peri D, Campana EF (2005) High-fidelity models and multi objective global optimization algorithms in simulation-based design. J Ship Res 49:159–175 Press WH, Flannery BP, Teukolsky SA, Vetterling WT (1988) Numerical recipes in C. Cambridge University Press, New York Saha GK, Suzuki K, Kai H (2004) Hydrodynamic optimization of ship hull forms in shallow water. J Mar Sci Technol 9:51–62 Saha GK, Suzuki K, Kai H (2005) Hydrodynamic optimization of a catamaran hull with large bow and stern bulbs installed on the center plane of the catamaran. J Mar Sci Technol 10:32–40 Sariöz E (2006) An optimization approach for fairing of ship hull forms. Ocean Eng 33:2105–2118 Stern F, Wilson RV, Coleman HW (2001) Comprehensive approach to verification and validation of CFD simulations—part 1: methodology and procedures. J Fluid Eng 123:793–802 Tahara Y, Stern F, Himeno Y (2004) CFD-based optimization of a surface combatant. J Ship Res 28:159–175 Tahara Y, Wilson RV, Carrica PM, Stern F (2006) RANS simulation of a container ship using a single-phase level-set method with overset grids and the prognosis for extension to a self-propulsion simulator. J Mar Sci Technol 11:209–228 Tahara Y, Peri D, Campana EF, Stern F (2008) Computational fluid dynamics-based multiobjective optimization of a surface combatant using a global optimization method. J Mar Sci Technol 13:95–116 Valdenazzi F, Harries S, Viviani U, Abt C (2002) Seakeeping optimisation of fast vessels by means of parametric modeling, HSMV02, Naples Valorani M, Peri D, Campana EF (2003) Sensitivity analysis methods to design optimal ship hulls. Optim Eng 4, 337–364 Wilson RV, Stern F, Coleman HW (2001) Comprehensive approach to verification and validation of CFD simulations—part 2: RANS simulation of a cargo/container ship. J Fluid Eng 123:803–810