基于设计空间探索的型线自动优化.doc

基于设计空间探索的型线自动优化 梁军1，许劲松1，谢杰1，杨小玉2（1 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200030；2 上海冯卡门计算机科技有限公司，上海200235） 摘要：船舶型线优化是改善船舶阻力性能、提高运行经济性的关键环节。本研究将型线修改、阻力 CFD 模拟、设计空间探索优化等流程整合在一起，创建了一个型线“自动优化”的平台。在该平台 上实现了对美国海军水面作战中心（Naval Surface Warfare Center ）潜艇模型DTRC Model 5470 艏部 型线的自动优化，得出了一个阻力性能最优的艏部型线方案。经过模型拖曳试验验证，证明了该种 “自动优化”方案的可行性与有效性。 关键词: 自动优化、船舶型线、阻力性能 中图分类号：O661.31 文献标识码：A The Hull Lines Automatic Optimization Based on Design Space Exploration Liang Jun1, Xu Jin-song1, Xie Jie1, Yang Xiao-yu2(1 School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030; 2 Shanghai Karmon Technology Co., Ltd., shanghai 200235) Abstract: Ship hull optimization is the most important procedure to improve the resistance performance and operational economy. In this paper, an “Automatic Optimization” platform for the ship hull optimization is presented by integrating the hull form modification, CFD computation, design space exploration, and design optimization together. This platform is applied to the bow optimization of the submarine DTRC Model 5470 from USA Naval Surface Warfare Center. The optimization results are validated through the model towing tests. It demonstrates the feasibility and effectiveness of the presented “Automatic Optimization” platform. Keywords: Automatic optimization, Ship hull form, Resistance performance CLC number: O661.31 Document Code: A 1 引言 船舶阻力性能是影响船舶运行经济性的重要因素，通过对船舶线型的优化可以大幅提高船舶的 节能性，对世界海运业的健康发展具有举足轻重的作用[1]。 传统的型线优化设计大多按照经验修改、CFD 模拟计算、性能评价的步骤重复计算多个方案，然后在这些方案中进行选择。在美国一项三体船阻力性能优化的课题研究中[2]，对外船体与中心船体的纵向位置和横向间距的多种组合进行了消波效果探讨，共完成了48678 个组合方案的CFD 计算，从中选择确定了最佳设计方案。这种优化过程可称为“手工优化”[3]。 “手工优化”方法虽然已大量应用，但无法突破内在的局限性。第一，需要多次手动修改原始线型方案，反复手工设置基本一致的CFD 模拟，然后对计算所得结果进行比较。重复性的人工干预过程耗费了大量的资源，也造成了计算机的间断性工作，无法大幅提高优化工作效率。第二，“手工优化”所获得的优化方案局限于设计者的经验，常常只能在一定程度上改进阻力性能，而不能保证获得全设计空间中的最优值。这种优化设计本质上只是方案改进，而不是真正意义上的最优设计。 为克服“手工优化”的不足，人们一直在探索将CFD 模拟与自动优化方法相结合的“自动优化”平台[3]～[6] ，期望达成下列目标：第一，充分利用计算机做重复有序性工作的优越能力，在多种软件信息交流的基础上，将整个设计优化过程集成为一个自动流程，从而达到节省资源、提高效率的目标；第二，