본 논문은 조파저항 성능 평가법을 비선형 계획법에 적용해서 선수 형상의 최적화에 응용한 연구결과이다. 조파저항은 비점성 포텐셜 유동의 가정으로 랜킨 소오스법(Rankine source method)을 이용하여 계산하였고 최적화 기법으로는 SQP(Sequential Quadratic Programming)법을 이용하였다. 선수형상의 표현과 변경은 스플라인(spline)함수를 이용하였으며 본 방법에 의하여 조파저항이 최소가 되는 선수형상의 결정이 가능하였다. 또한 마찰저항공식과 경험식으로 주어지는 형상영향계수(from factor)를 고려한 점성저항을 첨가하여 총 저항이 최소가 되는 선수 형상도 도출하여 서로 비교하였다.
본 연구에서는 최적화기법과 전산유체역학의 기술을 이용하여 저항의 관점에서 최적의 형상을 가지는 선형을 개발하는 알고리즘을 개발하였다. 최적화기법으로는 SQP(sequential quadratic programming)을 사용하였으며, 목적함수인 저항을 구하기 위하여 먼저 조파저항은 비선형 자유수면 경계조건을 고려한 선체주위 포텐셜유동을 계산할 수 있는 수치해석기법인 상 방향 패널이동법을 사용하였고, 선체에 미치는 전 저항을 구하기 위하여 ITTC 1957년 모형선-실선상관곡선을 이용하였다. 선형최적화 과정 중의 선체의 변경이나 계산 격자의 생성은 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)기법을 사용하여 구현하였다. 이와 같은 방법을 사용하여 개발된 선형최적화 기법의 타당성을 검증하기 위하여 선형이 비교적 잘 알려진 건형인 Wigley선형과 Series 60(CB=0.6)선형에 대하여 설계속도 Fn=0.316에서 선형최적화를 위한 수치해석을 수행하고 그 결과를 초기선형과 서로 비교하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제29권7호
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pp.785-794
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2005
Modern ship hulls of large oil carriers and container carrers have become more flexible with scantling optimization and increase in ship length. On the other hand. as the demand for power has increased with the ship size. shaft diameters have become larger and stiffer. Consequently. the alignment of the propulsion system has become more sensitive to hull girder deflections. resulting in difficulties in analyzing the alignment and conducting the alignment procedure. Accordingly. the frequency of shaft alignment related bearing damages has increased significantly in recent years. The alignment related damages are mostly attributed to inadequate analyses. changes in the design of the vessel. shipyards' practices in conducting the alignment. and a lack of well defined analytical criteria. The hull deflections should be considered at the design stage to minimize the bearing damage caused by hull deflection. Hull deflections can be estimated by analytical approach and reverse calculation using the measured data. The hull girder deflection analysis using the reverse calculation will be introduced in this paper.
In the present study, stern form optimization has been carried out using computational fluid dynamics (CFD) techniques. The viscous pressure drag has been minimized to optimize stern shape. Parametric modification function has been used to modify the shape of the hull. By the use of the parametric modification function and algebraic scheme to grid manipulation, the initial ship geometry was easily deformed according to change of design parameters. For purpose of illustration, KRISO 319K VLCC (KVLCC) is chosen for example ship to demonstrate stern form optimization. The numerical results indicate that the optimized hull yields a reduction in viscous resistance.
본 논문에서는 선체로부터 멀리 전파해 나아가는 선형파와 선체 가까이에 존재하는 쇄파로 인한 조파저항성분을 최소화시키는 방법을 보여준다. 본 방법은 선형조파저항의 최적화 방법과 시험자료 분석을 통한 쇄파저항의 통계적 최적화방법으로 구성된다. 응용목적으로서, 수선형상이 포물선이고 측면이 수직한 모형을 기본선형으로 택하였고, 선형파를 최적화하는 방법과 경험적인 방법을 통하여서 선체전반부의 횡단면적 곡선을 변화시킨 두척의 수정모형선을 얻었다. 3척의 선형에 대한 시험 및 분석결과로부터 선체전반부의 횡단면적 곡선의 변화에 따른 선형파저항과 쇄파저항과의 상관관계를 살펴보았다. 본 방법으로 선체전반부가 최적화된 선형은 설계속도($F_n=0.26$)에서 기본선형에 비하여 약 47%의 조파저항감소를 보이고 있다.
The effects of flexibilities of supporting structures on shaft alignment are growing as ship sizes are Increasing mainly for container carrier and LNG carrier. But, most of classification societies not only do not suggest any quantitative guidelines about the flexibilities but also do not have shaft alignment design program considering the flexibility of supporting structures. A newly developed program, which is based on innovative shaft alignment technologies including nonlinear elastic multi-support bearing concept and hull deflection database approach, has S basic modules : 1)fully automated finite element generation module, 2) hull deflection database and it's mapping module on bearings, 3) squeezing and oil film pressure calculation module, 4) optimization module and 5) gap & sag calculation module. First module can generate finite element model including shafts, bearings, bearing seats, hull and engine housing without any misalignment of nodes. Hull deflection database module has built-in absolute deflection data for various ship types, sizes and loading conditions and imposes the transformed relative deflection data on shafting system. The squeezing of lining material and oil film pressures, which are relatively solved by Hertz contact theory and built-in hydrodynamic engine, can be calculated and visualized by pressure calculation module. One of the most representative capabilities is an optimization module based on both DOE and Hooke-Jeeves algorithm.
Developing a minimum wave resistance hull form which is satisfying the given requirements such as displacement and speed is one of the important problems in ship hydrodynamics. The theoretical approach conducted by Pien was successful in developing an optimized hull form, however, which can not be applied directly to practical hull form without manual lines fairing process. To avoid this difficulty, source distribution which arrived after the optimization was put into a fictitious restricted channel and as a result practicably modified hull form was derived by stream line tracing. The wave resistance of the hull thus obtained was calculated by solving the simplified integral equation suggested by Kan. The resistance at design point is almost same with that of the original hull which was represented by source distribution on the vertical rectangular center plane. It is therefore recommended to use the derived hull form for the hull which obtained after manual lines fairing process at Pienoid method. Further researches both in theory and experiment are necessary before this concept is put into practical application.
Fundamental Study for optimizing ship hull form using SQP(sequential quadratic programming) method in a resistance point of view is presented. The Wigley hull is used as an initial hull and numerical calculations are carried out according to various froude numbers. To obtain the ship resistance the wave resistance is evaluated by a Rankine source panel method with nonlinear free surface conditions and the ITTC 1957 friction line is used to predict the frictional resistance coefficient. The geometry of a hull surface is represented and modified by B-spline surface patch. The displacement and the waterplane transverse 2nd moment of inertia of the hull is fixed during the optimization process. And the shp design program called EzHULL is used to draw the lines of the optimized hull form to perform the model test.
In general, preliminary hull form design is performed by changing a parent hull form using a computer to satisfy given requirements, e.g., principal dimensions, displacement, $L_{CB}$, and etc. Principal dimensions, $C_b,\;L_{CB}$ and midship sections are the only parameters to be modified in the traditional hull form variation methods available for preliminary design. In this paper, a method is presented in which local cross sections as well as principal dimensions and midship sections are modified according to design requirements. The method gives hydrostatic curves of modified hull form simultaneously. An optimization technique to satisfy the constraints of hydrostatic characteristics such as maximizing KM as a design requirement is also considered.
Autonomous Underwater Vehicles (AUV's) provide an important means for collecting detailed scientific information from the ocean depths. The hull resistance of an AUV is an important factor in determining the power requirements and range of the vehicle. This paper describes a design method that uses Computational Fluid Dynamics (CFD) to determine the hull resistance of an AUV under development. The CFD results reveal the distribution of the hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) of an AUV with a ducted propeller. This paper also discusses the optimization of the AUV hull profile to reduce the total resistance. This paper demonstrates that shape optimization in a conceptual design is possible by using a commercial CFD package. Optimum design work to minimize the drag force of an AUV was carried out, for a given object function and constraints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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