基于势流理论的集装箱船型球首优化设计研究＊

张宝吉 马 坤 纪卓尚

（上海海事大学海洋环境与工程学院1） 上海 201306） （大连理工大学船舶工程系2） 大连 116024）

基于势流兴波理论的Rankine源法是当前预报船舶兴波问题的主要手段，目前，国外的一些专家、学者已能够成功的运用该方法进行兴波阻力预报和船型优化，铃木和夫［1－2］采用该方法分别计算了Wigley数学船型、系列60船型和双体船的阻力性能，并将计算结果同模型试验相比较，验证了该方法的有效性；同时，铃木和夫又将该方法结合二次规划法对Wigley数学船型和系列60船型进行全船优化［3］，获得了令人满意的结果.我国的一些研究机构也取得了一定的成果，陈京普［4］等将改进的Dawson法用于集装箱船的船型优化上，达到了预期的效果；程明道［5］应用线性兴波数值方法在尾板的优化方面进行了有益的尝试；张红玲［6］等采用CFD计算软件Shipflow对VLCC进行线型优化也取得较好效果.张宝吉［7］采用非线性规划法研究Wigley船型的最小阻力问题.本文对某集装箱船型的首部分别做三种改型，得到三个初始船型，然后，以势流兴波阻力Rankine源法为基础，选择非线性规划法为优化方法，分别对这三个初始船型进行优化计算，获得三个带球首的改良船型，通过分析、比较这三个改良船型的阻力性能和球首形状，表明不同大小的球首和形状对阻力性能的影响各不相同，从而为理论确定球首的大小和位置提供有益的借鉴.

1 船型优化数学模型的建立

1.1 目标函数

选取总阻力Rt为目标函数，Rt用兴波阻力Rw和相当平板摩擦阻力Rf之和来表达，即