某大型集装箱船多航速点阻力性能优化技术研究Public.docx

某大型集装箱船多航速点阻力

性能优化技术研究

报告人：杜云龙

时间：2019年7月17日

内容提要

1研究背景

2研究对象

3船型优化方法

4优化设计变量

5船型优化结果及分析

6结论

2

一、研究背景

某万吨级箱船实船营运统计分析

?国际海事组织对船舶节能减排要求日益加紧和国际航运市场持续低迷

?大型集装箱船的降速运营，以降低燃油

消耗，减少温室气体排放，节约船舶运营

成本

?船舶性能设计理念转变，多航速多工况

船型优化设计

某大型集装箱船，主要航行于上海-美西

航线，分析了2014年1月到2015年3月的实船

营运航行资料，提供了1538个营运航速记录

样本，低于设计航速营运的样本数占比超过

99%。

3

二、研究对象

本文研究对象是某大型集装箱船，

研究船舶高低两个航速工况下船型阻

力性能优化方法。

优化设计目标函数

傅氏数Fn总阻力系数Ct

0.17Ct_0.17

0.21Ct_0.21

4

三、船型优化方法

优化平台构建

5

四、优化设计变量

优化变量及约束条件确定

?排水量上下浮动小于1%

?浮心纵向位置前后浮动小于1%

船型优化结果分析

1234

设计变量敏感度分析

?球鼻艏几何变量

基于NSGAII算法船型优化

?水线进水角

?种群个数

?船身优化变量

?变异概率为0.01

?尾部优化变量

?交叉概率为0.9

?优化代数约10代

6

四、优化设计变量

球艏长度球艏上翘

设计变量敏感性分析

采用Sobol试验

设计方法对设计变

量进行敏感性分析。

进水角球艏宽度球艏高度

7

四、优化设计变量

优化变量及变化范围

控制区域设计变量变化下限变化上限

球艏长度(m)612

球鼻艏

球艏高度(m)10.512.5

球艏最大宽度(m)1.55

球艏高度丰满度0.81.2

船体设计水线水线进水角(°)815

船体艉封板艉封板高度(m)-0.60.6

横剖面面积分布浮心纵向位置-0.5%0.5%

8

五、船型优化结果及分析

基于遗传算法船型优化结果

基于NSGAII遗传算法

种群个数：27个18.8

优化代数约10代

计算分析案例约300个18.4

18.0

17.6

17.2

0100200300

Runs

9

五、船型优化结果及分析

基于遗传算法船型优化结果

基于NSGAII遗传算法

种群个数：27个18.8

优化代数约10代

计算分析案例约300个18.4

18.0

17.6

17.2

0100200300

Runs

10

五、船型优化结果及分析

基于遗传算法船型优化结果

基于NSGAII遗传算法

种群个数：27个18.8

优化代数约10代

计算分析案例约300个18.4

初始线型阻力

18.0

17.6

优化效果2%

17.2

0100200300

Runs优选船型

11

五、船型优化结果及分析

船型优化结果

原型方案和优化线型静水阻力各项性能指标的对比

船型方案傅氏数剩余阻力系总阻力系数有效功率PePe相比原型

数Cr*103

CT*103（kW）改进(%)

原型0.170.49671.826413029---

0.210.47671.770924673---

优化线型0.170.37611.709912222-6.19%

0.210.43071.728924137-2.17%

优化线型在设计航速点处（傅氏数为0.21时）剩余阻力系数相比原型减小约9.6%，预报到实船有效功

率相比原型减小2.17%。结果显示经过多目标优化之后的船型方案，阻力性能相比原型在高低两个航速点下

均有明显改进，低速段相比高速段改进效果更加明显，多目标船型优化达到较好的效果。

12

五、船型优化结果及分析

原型方案（Fn=0.17）

船侧纵切面波高分布曲线图

黑线：原型红线：优化方案

改型方案（Fn=0.17）

原型改型

13

五、船型优化结果及分析

原型方案（Fn=0.21）

船侧纵切面波高分布曲线图

改型方案（Fn=0.21）

原型改型

14

五、船型优化结果及分析

优化设计变量相关性统计分析

球艏宽度球艏长度球艏高度

Fn=0.17

Fn=0.21

15

五、船型优化结果及分析

优化设计变量相关性统计分析

浮心纵向位置水线进水角艉封板高度

Fn=0.17

Fn=0.21

16

五、船型优化结果及分析

有效功率对比：

Fn

有效功率Pe(kW)减阻百分

比

原型优化线型

0.1479445.98884.36.32%

0.15611183.910479.46.72%

0.16513034.512232.86.55%

0.17