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基于H oltrop 公式与遗传算法的船型参数优化收稿日期:2009202205;修回日期:2009209202。
基金项目:国家部委基金资助项目(940A10JB1105)。
作者简介:崔 焰(1982-),男,博士生,主要研究方向为舰船阻力,E 2mail :cuiyan999999@ 。
崔 焰,卢晓平(海军工程大学船舶与动力学院,武汉430033)摘 要:针对方尾水面舰船,采用Holtrop 阻力计算公式,以总阻力为目标函数,据遗传算法,对主要的船型参数进行了优化计算,进而得出了在一系列速度下主要船型参数的最优解及相应的由Holtrop 公式计算得到的总阻力,并绘制了在各最优解下由Holtrop 公式计算的总阻力随速度的变化曲线,结合Holtrop 公式相应图谱对所得优化计算结果进行了分析。
结果表明,该方法对于水面舰船的主尺度比等船型参数优选具有较强的实用性。
关键词:船舶阻力;遗传算法;船型优化;Holtrop 公式中图分类号:U674.951 文献标志码:A 文章编号:1009-3486(2009)06-0026-04H ull p arameters optimization b ased on H oltrop formula and genetic algorithmCU I Yan ,L U Xiao 2ping(College of Naval Architect ure and Power ,Naval Univ.of Engineering ,Wuhan 430033,China )Abstract :The genetic algorit hm was used to optimize t he calculation of t he hull parameters of t he sur 2face warship by taking t he total resistance as t he target f unction based on t he Holt rop formula ,and t he solutions of t he main hull parameters were obtained for ship sailing at different speeds and t he cor 2responding total resistance calculated by Holt rop formula.The total resistance obtained by Holtrop formula was plotted as a curve changing wit h speed.According to t he chart s f rom Holt rop formula ,t he result of optimized calculations was analyzed.It shows t hat t he met hod is applicable to optimiza 2ting t he hull parameters such as t he ship ′s main dimension ratio s and shape coefficient s.K ey w ords :ship resistance ;genetic algorit hm ;hull optimization ;Holt rop formulaHolt rop 公式[1,2]是基于大量实验提出的计算船体总阻力的一组较新的经验公式,近年来较广泛地应用于船舶阻力计算和船型设计中。
恶劣海况下维持操纵性的最小推进功率临时导则浅析沈文娜【摘要】MEPC.232（65）决议《2013恶劣海况下维持操纵性的最小推进功率临时导则》从两个不同等级对船舶装机功率进行评估，以确保船舶的装机功率能维持船舶在恶劣海况下的操纵性。
文章以载重量118 000 t的散货船为例，对该导则进行了阐述和分析。
%From two different assessment levels, evaluation has been carried out in order to assure the suffcient installed propulsion power to maintain the maneuverability of ships in adverse conditions, as speciifed in“2013 Interim guidelines for determining the minimum propulsion power to maintain the maneuverability of ships in adverse conditions (Resolu tion MEPC.232 (65))”. Taking a 118 000 DWT bulk cargo vessel, the interim guidelines have been expounded and analyzed in this paper.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】7页(P40-46)【关键词】恶劣海况;操纵性;最小推进功率;评估【作者】沈文娜【作者单位】上海臻元船舶科技有限公司上海200052【正文语种】中文【中图分类】U662.1引言2011年7月11日～15日，国际海事组织（IMO）在英国伦敦总部召开了海上环境保护委员会MEPC第62届会议，并以MEPC.203（62）决议的形式通过了包括EEDI在内的国际防止船舶污染海洋公约（MARPOL）附则VI有关船舶能效规则的修正法案，即增加第四章关于新船能效设计指数（Energy Efficiency Design Index，简称EEDI）和船舶能效管理计划（SEEMP）要求，于2013年1月1日正式生效。
本文网址：/cn/article/doi/10.19693/j.issn.1673-3185.03216期刊网址：引用格式：刘经京, 吴海燕, 余龙. 考虑跨洋特征及碎冰对快速性影响的极地探险邮轮型线优化[J]. 中国舰船研究, 2024, 19(2):62–70.LIU J J, WU H Y, YU L. Hull form optimization of polar expedition cruise ship considering transoceanic characteristics and brash ice effect on resistance and propulsion[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2024, 19(2): 62–70 (in Chinese).考虑跨洋特征及碎冰对快速性影响的极地探险邮轮型线优化扫码阅读全文刘经京，吴海燕，余龙*上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240摘 要:［目的］全球减碳背景下，为应对极地船舶设计建造的环保要求，需开展跨洋航行时碎冰水域对极地探险邮轮船体型线优化设计的影响规律研究，以获得最佳节能型线。
［方法］针对极地探险邮轮的跨洋航行特征，采用航区权重方法进行量化评估，分析碎冰对阻力和推进效率的影响。
应用计算流体力学耦合离散元法（CFD-DEM ）来分析螺旋桨的碎冰水域性能，建立以联合自航功率为目标的优化模型，进而对全船参数化模型开展设计航速下的优化计算。
［结果］计算结果表明，优化后的船型可以满足排水量要求，有效降低了2种水域下的航行功率，其联合自航功率降低了9.71%。
［结论］研究成果验证了基于权重优化方法的可行性和合理性，可为极地探险邮轮的型线和推进器优化设计提供参考。
关键词：极地探险邮轮；型线优化；权重法；计算流体力学耦合离散元法中图分类号: U662.2；U674.81文献标志码: A DOI ：10.19693/j.issn.1673-3185.03216Hull form optimization of polar expedition cruise ship considering transoceaniccharacteristics and brash ice effect on resistance and propulsionLIU Jingjing , WU Haiyan , YU Long*School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240, ChinaAbstract : ［Objectives ］In the context of global carbon reduction, in order to meet the environmental require-ments of the design and construction of polar ships, this paper studies the impact of brash ice on the optimal design of polar expedition cruise ships when navigating across oceans and designs the most optimal energy-saving hull lines. ［Methods ］In view of the transoceanic characteristics of polar expedition cruise ships, the navigation region-based weighting method is used to quantify the evaluation and analyze the impact of brash ice on resistance and propulsion efficiency. An analysis is carried out of the performance of the propeller in broken ice channel through the coupling calculation of the computational fluid dynamics-discrete element method (CFD-DEM), an optimization model with the goal of combined self-propulsion power is established,and optimization calculations are performed for the parametric model of the whole ship at the designed speed.［Results ］The calculation results show that the optimized ship hull meets the requirements of dis-placement and effectively reduces navigation power in open water and broken ice channel with a combined self-propulsion power reduction of 9.71%.［Conclusions ］The results of this study verify the feasibility and rationality of optimization based on the weighting method, and can provide references for the optimization design of hull form and thrusters of polar expedition cruise ships.Key words : polar expedition cruise ship ；optimization design of hull form ；weighting method ；computa-tional fluid dynamics-discrete element method (CFD-DEM)收稿日期: 2022–12–16 修回日期: 2023–04–27 网络首发时间: 2023–06–19 10:57基金项目: 工业和信息化部高技术船舶科研资助项目（MC-201917-C09，MC-201918-C10）作者简介: 刘经京，男，1995年生，博士生。
在船舶设计初始阶段，当主尺度和船型系数初步确定以后，必须知道主机功率以保持能达到设计航速；如果主机功率已知，则需要估计阻力，以确定船的航速，便于分析比较各种方案的优劣。
近似估算阻力的方法很多，但所有这些方法几乎都是根据船模系列试验结果或是在总结、分析大量的船模试验或实船试验的基础上得出的。
在选取计算方法时，应该对估算方法的原始资料有所了解，有针对性地选择估算方法。
本设计选取的方法是爱尔法，其适用范围较广，一般对中、低速商船比较适用。
按照爱尔法估算得到的是公制有效功率，其数值中包含了单桨船通常具有的舭龙骨、舵等附体阻力以及一般货船的空气阻力，对双桨船或多桨船的阻力应令加修正。
爱尔法首先针对标准船型直接估算有效功率，然后根据设计船与标准船型之间的差异逐一进行修正，最后得到设计船的有效功率。
爱尔法标准船型的相应参数为：（1）标准方形系数C bc ，可用下列公式表示单桨船 C bc =1.08-1.68F r双桨船 C bc =1.09-1.68F r（2）标准宽度吃水比 B/d=2.0（3）标准浮心纵向位置，其值查表得出（4）标准水线长 L wl =1.025L bp爱尔法给出的标准船型的有效功率P e (kW)0.64300.735s e V P C Δ=• “爱尔法”估算有效功率的步骤：（1）、由实际船舶的Fr 和3/1/ΔL 两个参数可以从图中查出相应于标准船型的有效功率系数0C 值；（2）、根据Fr 和由表中查出对应于标准船型的方形系数be C 和纵向浮心位置e x 。
（3）、与标准船型的参数相比较，对实船进行修正。
其中修正系数XB K 可以查表求得， 且它总是负值。
（4）、最后经过修正后得到船舶的有效功率为：4364.0735.0C V P E ⋅Δ=（KW ） 在（3）中需修正的参数及其内容有：○1、方型系数的修正：本船的方型系数为0.561，与标准爱尔船的方型系数不相同，则须进行修正，经方型系数修正后的爱尔系数变为1C ，为：101Δ+=C C当0B B C C <时； CB K C ⋅=Δ01当0B B C C >时； CB B K C C ⋅⋅−=Δ013其中修正系数CB K 可以从图中查得。
第1章阻力估算船体型线确定以后，计算船体在不同航速下所收到的阻力是预估船舶快速性的基础，本文采用系类实验图谱估算发和统计和回归资料估算法对船舶阻力进行估算，获得不同航行速度下的阻力并绘制有效马力曲线，为螺旋桨的设计提供理论依据。
1.1相关参数计算1.1.1排水体积计算运用CAD自带的面积测量功能，获取每条半宽水线与基线所围成的面积，则可得到每条水线所围成的面积表3- 1水线面面积数据采用梯形法计算排水体积。
由于0~1000wl，1000~10000wl、10000wl~10820wl的间距不相同，分三部分进行计算。
梯形法计算的表格如表4-2表3- 2梯形法计算排水体积在海水中的设计排水量 =36943t ∇海水密度31025.91(/)kg m ρ= 设计排水体积 /36009.9ρ∆=∇= 绝对误差-100%=0.217∆∆⨯∆设计计算设计误差主要来源：各水线面面积的计算误差采用梯形法计算的误差1.1.2 浮心纵向坐标计算运用CAD 自带的曲线面积测量工具，获取每站位上横剖线围成的横剖面积，由梯形法可计算排水体积以及浮心纵向坐标表3- 3梯形法计算和浮心纵向坐标在海水中设计排水量 =36943t ∆ 海水密度31025.91(/)k g m ρ= 设计排水体积 /ρ∇=∆ 绝对误差-100%=0.642∇∇⨯∇设计计算设计浮心纵向坐标 0.07yozb M X ∑==-∇浮心纵向坐标距船中（L%）100%0.04bBPX L ⨯=- 1.1.3 湿表面积计算运用CAD 自带的曲线长度测量工具，获取每个站位上水线以下部分横剖面曲线所围成长度。
利用梯形法计算湿表面积。
具体计算见表3-4表3- 4梯形法计算湿表面积总和 677.795计算湿表面积 2=6377.795S m 计算 设计船湿表面积 2=6448S m 设计绝对误差（100%）-S 100%=1.09S S 设计计算设计1.2 阻力估算船舶在水中航行所受的水阻力可分为船舶在静水中航行时的静水阻力和波浪中的汹涛阻力两部分。
船舶摩擦阻力的定义一、前言船舶摩擦阻力是指船体在水中运动时，由于水流与船体表面摩擦而产生的阻力。
它是影响船舶行驶速度、燃油消耗和运营成本的重要因素。
因此，对于了解和控制船舶的摩擦阻力具有重要意义。
二、摩擦阻力的类型1.粘性阻力粘性阻力是由于水分子黏附在船体表面上而产生的。
当水流通过船体表面时，会与表面发生接触并黏附在上面，形成一层静止的水层。
这层水层会随着流动而移动，并且与下一层发生黏附作用，从而形成一种连续的黏性流体层。
这种黏性流体层会对水流产生一定的阻力，称为粘性阻力。
2.压缩性阻力压缩性阻力是由于水分子在经过高速移动后，在突然遇到一个障碍物（如船壳）时被挤压而产生的。
当水分子被挤压时，它们之间会发生相互作用，并产生一定的阻力。
这种阻力称为压缩性阻力。
3.湍流阻力湍流阻力是由于水流在通过船体表面时，会形成一些旋涡和涡流。
这些旋涡和涡流会使水流的速度发生变化，并产生一定的能量损失。
这种能量损失就是湍流阻力。
三、摩擦阻力的计算船舶摩擦阻力的计算可以采用不同的方法，其中最常用的方法是基于经验公式或数值模拟方法。
1.经验公式经验公式是基于大量试验数据得出的公式，它可以通过测量船体尺寸、速度和水质条件等参数来计算摩擦阻力。
常用的经验公式包括ITTC-57、Holtrop-Mennen等。
2.数值模拟方法数值模拟方法是利用计算机模拟船体在水中运动过程中水流与船体之间相互作用过程来计算摩擦阻力。
常用的数值模拟方法包括CFD（Computational Fluid Dynamics）和RANS（Reynolds Averaged Navier-Stokes）等。
四、影响摩擦阻力的因素1.船体表面光滑度船体表面的光滑度是影响摩擦阻力的重要因素。
表面越光滑，摩擦阻力越小。
2.船体速度船体速度越快，摩擦阻力就越大。
3.水质条件水质条件也是影响摩擦阻力的重要因素。
水温、盐度、污染物含量等都会影响水流的黏性和密度，从而影响摩擦阻力。
船舶阻力数值计算船舶阻力是指在船舶运行中所受到的阻碍和抵抗的力量。
船舶阻力的计算对于船舶的设计、性能评估、节能减排等方面都具有重要的意义。
下面将介绍船舶阻力数值计算的一般方法。
船舶阻力由以下几个主要部分组成：摩擦阻力、波浪阻力和附加阻力。
摩擦阻力是由于船舶与水之间的直接接触产生的阻力，包括湿表面的摩擦阻力和水线周长（长、中、短取平均值）抗操纵阻力。
摩擦阻力可以根据庞德尔船舶阻力公式进行计算，其中摩擦阻力与湿表面积的平方根成正比，与速度的平方成正比。
波浪阻力是由于船体在航行过程中引起的波浪形成的阻力。
波浪阻力可以通过里纳德船舶阻力公式进行计算，其中波浪阻力与船体湿表面积、速度的四次方、波浪系数和波浪高度的乘积成正比。
附加阻力是由于船舶晃动、涡流、压力分布不均匀等因素引起的附加阻力。
附加阻力可以通过经验公式进行估计，如ITTC-57、Holtrop等公式。
除了上述基本的阻力成分外，船舶还受到其他因素的影响，如纵浪阻力、侧浪阻力、浮船坞阻力、机械传动系统的阻力等。
这些因素的计算需要根据特定的船型和工况进行分析和评估。
船舶阻力的计算是一个复杂而多变的过程，需要考虑众多的参数和因素。
船舶阻力的数值计算可以通过模型试验、数值模拟或经验公式等方法进行。
其中，数值模拟方法如CFD（计算流体力学）模拟可以提供比较准确的结果，但计算时间和成本较高；经验公式方法则基于大量实际船舶的试航数据和统计分析，适用性较广。
总之，船舶阻力数值计算是船舶设计和性能评估的关键环节之一、通过合理准确地计算船舶阻力，可以为船舶的优化设计、节能减排等提供参考依据，并为船舶的性能预测和装备选型提供可靠的技术支持。
船舶阻力图谱计算与模型试验结果比较分析刘桂杰;郭春雨;李茂华;黄超【摘要】This paper presents a comparative analysis on the rapid estimation of ship resistance,putting forward a corresponding method for full ships with different tonnages. Combining the model trial data of new type ships with different tonnages provided by domestic authorities in recent years,this paper com-pares the result with model test data. It is concluded that the Lap-Keller method is more applicable to large tonnage ships under mid-high speed,while the Ayre method is more applicable to small tonnage ships un-der middle-low speed.%对现有船舶阻力快速预报方法进行比较分析，给出适用于不同吨位下肥大型船舶的阻力计算方法。
结合国内近年来建造的几艘不同吨位的新型肥大型船舶模型试验资料，将图谱计算结果与模型试验数据进行对比、分析，研究其中的规律，结果表明，对于较大吨位的中、高速船舶阻力，兰坡凯勒法在适用范围和精度上要优于艾亚法，而较小吨位的中、低速船舶则采用艾亚法要适合一些。
【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P38-42)【关键词】船舶阻力;图谱计算;模型试验;兰坡凯勒法;艾亚法【作者】刘桂杰;郭春雨;李茂华;黄超【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001;中国卫星海上测控部，江苏江阴214431;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U661.31+10 引言准确预报船舶阻力是船舶设计工作中的重要任务之一。
极地破冰船的快速性优化设计刘瀛昊;佟福山;高良田【期刊名称】《计算机仿真》【年(卷),期】2016(033)011【摘要】船舶的快速性是设计初期的重要性能指标,由于缺乏详细的母型船资料,很难完成破冰船快速性的准确评估和设计.针对上述问题,首先通过Maxsurf软件建立破冰船主体部分的模型并进行船型优化,得到船体的型值和型线图.然后综合航速、冰厚等因素比较不同的船级社规范,估算出了适合该破冰船的推进功率,并利用Hullspeed模块分析求解Holtrop法建立的阻力模型,得到了破冰船的阻力参数,将推进功率与阻力结合最终优化得到关于破冰船快速性的功率曲线.分析结果表明,设计破冰船的破冰功率与航速均符合现代破冰船的设计特点.因此,在设计初期,可以通过Holtorp法回归公式结合船级社规范对破冰船的快速性进行优化设计.【总页数】5页(P405-409)【作者】刘瀛昊;佟福山;高良田【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TB24【相关文献】1.极地破冰船世界各国发展概况及中国极地发展策略 [J], 臧瑞斌2.极地考察/破冰船/"雪龙号"--"雪龙号"再次造访厦门引发的极地考察话题 [J], 林学钦3.中国极地破冰船总体与结构设计技术现状与展望 [J], 吴刚; 王燕舞; 张东江4.澳大利亚在建极地科考破冰船"努伊娜"号综合介绍 [J], 孔宪才;尹宏;刘志兵;封婧;姜秋富5.某型极地破冰船的艏部线型优化 [J], 韦红刚;陈红梅;张越峰;曹成杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
