[发明专利]一种面向大型商船耦合型翼帆优化方法及系统

说明书

本发明公开一种面向大型商船耦合型翼帆优化方法，包括：获取初始翼型几何形状的参数；根据所述初始翼型几何形状的参数生成初始翼帆；根据所述初始翼型几何形状的参数确定优化目标；根据所述优化目标确定约束条件；根据所述约束条件采用粒子群优化算法对初始翼帆进行初始优化，得到候选翼帆集；采用多点优化算法对所述候选翼帆集进一步优化，得到优化后的翼帆集；采用计算流体动力学CFD对优化后的翼帆集进行筛选，得到最终的优化翼帆。本发明中的上述方法，能够对翼帆进行空气动力学优化，提高风帆的助航性能。

技术领域

本发明涉及翼帆优化领域，特别是涉及一种面向大型商船耦合型翼帆优化方法及系统。

背景技术

随着全球商船规模的日益扩大，庞大的船队给环境带来巨大的负面影响，船舶减排刻不容缓，利用清洁能源的风帆助航技术无疑契合了时代的发展需求。现代风帆助航技术的研究已经可以满足在不损害船舶航行性能的前提下减少燃料能源的消耗，降低环境污染的可能性，因此如何进一步提升风帆的助航性能，扩大风帆应用范围，成为风帆助航研究的关键问题。

对于风帆助航的研究，鲜有针对圆弧形翼帆的优化，圆弧形硬帆经常被作为研究对象，但其帆型剖面并非性能良好的翼型，助航效果不理想，传统的风帆优化研究方法也难以对翼帆展开精准的描述和改型。如公开号为CN101920777B的专利公开了一种翼帆及具有该翼帆的船舶，通过伸缩桅杆调整翼帆升降，搭载中央控制系统调整翼帆的帆向角及发动机的转速，提高了翼帆在商船上的可用性，但是该专利提出的翼帆未进行空气动力学优化，节能效果有待进一步提高。

翼帆的空气动力学性能与其几何变量之间，存在的是高度非线性关系，几何参数的变化可能会使翼帆表面压强发生突变。考虑空气粘度影响，翼帆自身几何曲线对其性能会产生更为复杂的影响。这些因素使得传统的优化方式，在翼帆优化研究中难以收敛到最优解，也无法保证目标函数在优化过程中的连续性。

Li.D等(Li，D.，Li，G.，Dai，J.，Li，P.，″A new type of collapsible wing sailand its aerodynamic performance，″ASME 2017 36th International Conference onOcean，Offshore and Arctic Engineering，American Society of MechanicalEngineers.pp.1-10)提出了一种可折叠翼帆并计算了其空气动力学性能，在设计过程中定义了四个关键几何参数，其优化方法是提供一定数量的参数组合，分别对其进行空气动力学性能计算。由于其参数的组合数目非常有限，有可能使优化陷入局部最优，目标函数在优化过程中的连续性也无法确保，无法保证翼帆得到性能最优解。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向大型商船耦合型翼帆优化方法及系统，对翼帆进行空气动力学优化，提高风帆的助航性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种面向大型商船耦合型翼帆优化方法，所述方法包括：

获取初始翼型几何形状的参数；

根据所述初始翼型几何形状的参数生成初始翼帆；

根据所述初始翼型几何形状的参数确定优化目标；

根据所述优化目标确定约束条件；

根据所述约束条件采用粒子群优化算法对初始翼帆进行初始优化，得到候选翼帆集；

采用多点优化算法对所述候选翼帆集进一步优化，得到优化后的翼帆集；

采用计算流体动力学CFD对优化后的翼帆集进行筛选，得到最终的优化翼帆。

可选的，所述初始翼型几何形状的参数具体包括：