船舶于水中航行，与流体之间的相互作用非常“密切”，船体型线一点点的改变，就可能会导致其阻力的增加或者减小，从而影响船舶整体航行性能。这也是为什么在船舶总体设计中，优良的船体型线是工程师们孜孜不倦追求的目标。

船舶球艏也因此出现，一般来说，安装有减阻型球艏的船型具有较好的水动力性能。船舶兴波阻力有时对船体型线的微小改变反应敏感，而设计优良的球艏构型恰恰能够改变船舶在水中航行时的船艏兴波，从而改善整个船体的阻力性能。

船舶水动力性能研究一般包括对水动力性能指标的预报和优化。通过较为便捷的船型建模方法可以简化球艏优化和设计流程。结合参数化CAD设计和利用CFD软件进行性能研究的分析方法与思路在实际应用中具有显著的优势，被广泛应用于球艏和船体优化研究。

请看海军工程大学卢晓平教授团队基于球艏参数化表达和NURBS理论，对母型球艏构型进行优化。

基于NURBS的球艏构型参数优化与分析

张文山, 卢晓平, 王中

中国舰船研究, 2017, 12(3): 16-22.

论文主要内容

本文将采用具有较强图形处理和三维显示功能的建模软件Rhinoceros，利用其面元生成方法进行球艏型值数据点的可视化表达，并与等参化的NURBS曲面节点相互转换。整个参数优化的过程包括4个环节：

1) 对母型球艏构型进行数值读入和数据点网格生成，并对球艏构型进行参数化表达，形成沿球艏3个方向的截面曲线。

2) 根据这些截面数据点，反算NURBS曲线定义点。

3) 根据已有的研究结果，对截面曲线定义点进行目标性优化，主要是通过改变横截面的重心高度来实现，再重新导入建模软件中生成优化构型。

4) 将生成的优化构型运用CFD软件进行计算，并与母型球艏船型的阻力和兴波进行对比。

图1 球艏在3个视图的型线分段和定义点示意图

图2 截面曲线定义点反算及曲线生成

图3 球艏优化前后横截面示意图

图4 优化球艏船型的相对总阻力系数曲线

论文结论

本文运用球艏参数化表达理论，采用NURBS方法对给定型值参数的球艏进行了曲线曲面表达和定义点的反算。利用单纯性算法，结合球艏重心高度对球艏阻力性能影响的规律，目标性地优化球艏形状，并将参数减阻特征直接体现了出来，简化了整个优化过程，取得了预期的减阻效果。

作者简介

张文山，男，1991年生，硕士毕业于海军工程大学船舶与海洋结构物设计制造，主要研究方向为大前伸球艏减阻机理与特性。期间，参与多项国家自然科学基金的研究，并参与外文原著《军用海洋运载工具设计和操作中的人因》约4万字的翻译工作。发表论文3篇。

卢晓平，男，1957年出生，博士毕业于中科技大学船舶与海洋结构物设计制造专业，现任海军工程大学舰船工程系教授，博士生导师，长期从事舰船水动力学、舰船总体性能等领域的科研与教学工作。已出版教材、专著和译著4部；发表学术论文100多篇，其中EI和SCI收录共计30余篇。负责并参加船舶减阻、船舶性能、船型设计和多体船技术等领域的课题共计30余项，获军队科技进步奖3项，部级科技进步奖2项。另获军队院校育才银奖1项，全军优秀博士学位论文指导教师奖1项，湖北省优秀博士学位论文指导教师奖1项。

引用本文及相关论文推荐阅读 [1]张文山, 卢晓平, 王中. 基于NURBS的球艏构型参数优化与分析[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(3): 16-22.

[2]张文山，卢晓平. 基于圆球型球鼻艏构型的兴波阻力减阻特性分析[J]. 中国舰船研究，2017，12（1）：21-26.

[3]黄卫刚，姜治芳，邱辽原. 撞角球鼻艏形式和参数变化对阻力影响的研究[J]. 中国舰船研究，2012，7（1）：23-28.