自推式的自升式船舶的船体优化

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DEKC Maritime 公司正在负责一艘自推式的自升式船舶的改造设计和施工工程。针对这次改造，增加了桩脚（顶升腿的“脚”）的尺寸，以降低施加在海床上的压力。此外，为了增加货物装载量，不仅增加了设计吃水，并且沿着船的侧面增加了支撑。





增大的桩脚，更深的吃水以及增加的船梁对于升级后船舶的水动力特性有显著影响。对于扩大的桩脚来说尤其如此，这些增大的桩脚尺寸太大而不能嵌入船体。由于没有对推进系统进行任何改动，因此保持较低的附加阻力是必不可少的，这样可以使得原始 12 节设计速度下的速度损失被降至最低。



流动体几何



因此，为了避免额外的阻力，DEKC Maritime 公司围绕桩脚设计了流线型流动体，并将这些流动体的设计和舷侧支撑的设计结合起来。下面显示的是原始布置（带有蓝色桩脚），没有流动体的新布置（带有绿色桩脚），以及有流动体的最终布置（流动体以红色显示）。

                               
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原始布置（左），没有流动体的新布置（中）和最终布置（右）



使用 CAESES 进行舷侧支撑和流动体几何的设计。广泛地使用 CAESES 的内置工具（如f-splines 和 meta-surfaces）用于创建几何图形，并根据需要编写附加功能。最终的几何形状由现有的船体形状和一些关键设计参数定义。随后，这些设计参数被施加约束，以求得到既能提供最小阻力又能满足施工要求的设计。



流动分析（CFD）



为了评估并且降低升级对船舶阻力和推进的影响，DEKC Maritime 公司建立了一套初步的设想，并在 FINE / Marine 中对这些设想进行了分析。这使得最有可能的设计参数能够被确定可用于更广泛的优化分析。在这个步骤中，舷侧支撑的几何形状是专门为尽可能减少波浪阻力而设计的。

                               
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围绕原始布置和船舶最终升级布置的波形图



自动化形状优化



使用 CAESES 的软件连接功能以自动的方式与 FINE / Marine 进行交互，同时调用 CAESES 的内置优化程序进行详细优化。采用两阶段优化的方法，先通过 Sobol 方法对设计空间进行采样，然后采用梯度方法算得最优方案。基于这种分析，找到了一个最终设计方案，它可以使船舶达到11节的新设计速度。

                               
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船舶最终布置周围的流线图



优化后，CAESES 定义的几何被导出并可直接用于建造部门的详细工程中，创建建造部门所需的生产信息，这是 CAESES 创建的高质量几何模型的绝佳展示。



关于作者

                               
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Harry Linskens 是位于荷兰格罗宁根的  DEKC Maritime 的船舶工程师和流体力学专家。在代尔夫特理工大学获得航空航天工程硕士学位后，他决定转向海事行业。目前，他参与概念设计，稳定性分析，耐波性研究以及阻力和推进计算。