﻿ 基于阻力图谱的船型参数敏感度分析
 舰船科学技术  2019, Vol. 41 Issue (2): 14-18 PDF

Sensitivity analysis of ship hull parameters based on resistance altas
CHEN Jia-bao, XU Qing, TIAN Bin-bin
China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China
Abstract: At present, we have qualitatively grasped the trend of ship's main scale and main ship hull coefficient on the ship's resistance performance, but the specific influence degree of each ship hull parameter on resistance performance is still not clear. In order to determine the contribution rate of each ship hull parameter to the resistance value, based on Taylor's series of residual resistance coefficient altas, through the regression analysis method, the residual coefficient of resistance was calculated using the Isight software at different speeds for sensitivity of the prismatic coefficient, the displace -ment length coefficient and the width draft ratio. The results obtained the sensitivity index of each parameter to the residual resistance, and verified the already known influence of the ship parameters on the resistance. The results show that the sensitivity analysis results have high credibility and have certain guiding significance for ship design.
Key words: ship hull parameters     resistance altas     sensitivity analysis
0 引　言

1 泰洛系列剩余阻力图谱

 图 1 泰洛系列剩余阻力系数图谱 Fig. 1 Atlas of residual resistance coefficients of Tylor series

2 船型参数敏感度分析

 $y = {\beta _0} + \sum {{\beta _i}} {x_i} + \sum {{\beta _i}} x_i^2 + \sum\limits_{i \ne j} {{\beta _{ij}}{x_i}{x_j}}{\text{。}}$

 图 2 Pareto图（Fr=0.18） Fig. 2 Pareto diagram (Fr=0.18)

 图 10 ${C_P} - \displaystyle\frac{{1000\Delta }}{{{L^3}}}$ 交互效应图 Fig. 10 ${C_P} - \displaystyle\frac{{1000\Delta }}{{{L^3}}}$ Interaction effect diagram

Pareto图可直观反映回归模型中各因子项对响应的贡献率，其值为系数表中的规范化值，深色表示贡献为正，浅色表示贡献为负。主效应图反映因子对响应的主效应，也即因子在某一水平时所有试验中响应的平均值。交互效应图主要反映2个因子的交互对响应的影响，如2条线平行，意为无交互效应，反之，则有交互效应，不平行度反映了交互的强弱程度。回归模型的拟合精确度可通过R2进行验证，R2越接近1，则表示模型越精确[8]。上述图表均在下列结果分析中出现，并加以分析。

3 敏感度结果及分析 3.1 不同航速下船型参数敏感度分析

 图 3 主效应图（Fr=0.18） Fig. 3 Main effect diagram (Fr=0.18)

 图 4 Pareto图（Fr=0.24） Fig. 4 Pareto diagram (Fr=0.24)

 图 5 主效应图（Fr=0.24） Fig. 5 Main effect diagram (Fr=0.24)

 图 6 Pareto图（Fr=0.32） Fig. 6 Pareto diagram (Fr=0.32)

 图 7 主效应图（Fr=0.32） Fig. 7 Main effect diagram (Fr=0.32)

 图 8 $\displaystyle\frac{B}{T} - \frac{{1000\Delta }}{{{L^3}}}$ 交互效应图 Fig. 8 $\displaystyle\frac{B}{T} - \frac{{1000\Delta }}{{{L^3}}}$ Interaction effect diagram

 图 9 $\displaystyle\frac{B}{T} - {C_P}$ 交互效应图 Fig. 9 $\displaystyle\frac{B}{T} - {C_P}$ Interaction effect diagram

1）棱形系数 ${C_P}$ 、宽度吃水比 ${B}/{T}$ 以及排水量长度系数 ${{1000\Delta }}/{{{L^3}}}$ 的主效应均为正效应，验证了剩余阻力与在这3个系数在一定范围内呈正相关关系。由于这3个参数增加都会使船舶变得肥大，因此剩余阻力会增大。

2）对于棱形系数 ${C_P}$ ，随着航速的升高， ${C_P}$ 的一阶项的主效应逐渐增大，表明 ${C_P}$ 的敏感度随着航速升高逐渐显著。

3）对于宽度吃水比 ${B}/{T}$ ，一阶项的主效应随着航速的升高逐渐减小，表明 ${B}/{T}$ 的敏感度随着航速升高逐渐减弱。

4）对于排水量长度系数 ${{1000\Delta }}/{{{L^3}}}$ ，一阶项的主效应随着航速升高基本不变，均保持一个较高的数值，表明航速对 ${{1000\Delta }}/{{{L^3}}}$ 的敏感度的影响很小，且在不同航速下， ${{1000\Delta }}/{{{L^3}}}$ 均对剩余阻力影响较大。

5）交互效应图中的曲线均趋近于平行，且Pareto图中的交互项数值都很小，表明这3个参数在Fr=0.24的航速下相互影响很小。

3.2 敏感度分析结果精确度验证

 图 12 主效应图（ $\displaystyle\frac{{1000\Delta }}{{{L^3}}}$ 取1，3，5） Fig. 12 Main effect diagram ( $\displaystyle\frac{{1000\Delta }}{{{L^3}}}$ takes 1, 3, 5)

 图 11 Pareto图（ $\displaystyle\frac{{1000\Delta }}{{{L^3}}}$ 取1，3，5） Fig. 11 Pareto diagram ( $\displaystyle\frac{{1000\Delta }}{{{L^3}}}$ takes 1, 3, 5)

4 总结与展望

 [1] LU Y, CHANG X, HU A. A hydrodynamic optimization design methodology for a ship bulbous bow under multiple operating conditions[J]. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 2016, 10(1): 331-346. [2] VALORANI M, PERI D, CAMPANA E F. Sensitivity analysis methods to design optimal ship hulls[J]. Optimization & Engineering, 2003, 4(4): 337-364. [3] 张恒, 詹成胜, 刘祖源, 等. 基于船舶阻力性能的船型主尺度参数敏感度分析[J]. 船舶工程, 2015(6): 11-14. Zhang H, Zhan C, Liu Z, et al. Sensitivity analysis of ship hull dimensions based on ship resistance performance[J]. Ship Engineering, 2015(6): 11-14. [4] LIU Q, FENG B, LIU Z, et al. The improvement of a variance-based sensitivity analysis method and its application to a ship hull optimization model[J]. Journal of Marine Science & Technology, 2017(10): 1-16. [5] 盛振邦, 刘应中. 船舶原理[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2004. Sheng Zhenbang, Liu Yingzhong. Ship principle[M]. Shanghai Jiao Tong University press, 2004. [6] 赖宇阳. Isight参数优化理论与实例详解[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2012. Lai Yuyang. Isight parameter optimization theory and case study[M]. Beihang University press, 2012. [7] 罗鹏程, 傅攀峰. 武器装备敏感性分析方法综述[J]. 计算机工程与设计, 2008, 29(21): 5546-5549. Luo Pengcheng, Fu Panfeng. Summary of sensitivity analysis methods for weapon and equipment[J]. Computer Engineering and Design, 2008, 29(21): 5546-5549. [8] 李睿. Sobol′灵敏度分析方法在结构动态特性分析中的应用研究[D]. 长沙: 湖南大学, 2003. Li Rui. Sobol'sensitivity analysis method applied in structural dynamic characteristics analysis[D]. Hunan University, 2003.