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篇（1）

中圖分類號：F407.474 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）15-0355-02

在船舶設計領域，針對船舶的穩性、快速性、操縱性及耐波性等分別具有一套理論完善、實用有效的設計方法。因此，隨著航運業的高速發展，船舶的經濟性、環保及安全性日益受到重視，對船舶的綜合性能提出了更高的要求。螺旋槳作為主要的船舶推進裝置，其綜合性能直接影響著船舶的快速性、安全性與舒適性。同時，隨著船舶向高速化、大型化發展，螺旋槳負荷日益加重，而豐滿型船尾容易導致伴流場的不均勻程度增加，使得單純考慮效率的螺旋槳設計方法無法滿足現代螺旋槳的性能要求，必須發展新的設計方法，從推力、效率、空泡及激振等多方面對螺旋槳進行綜合優化。

1 優化設計方法

1.1 優化問題

螺旋槳螺距與拱度的優化設計問題主要是在給定槳葉負荷的面分布形式時對螺距與拱度的配合進行優化設計。優化過程中，槳葉徑向負荷的分布形式被指定的歸一化形式限制，葉剖面采用 NACA a=0.8 拱弧線或其他形式，通過調整螺距與拱度的匹配，使槳葉負荷的弦向分布形式與給定形式的方差最小。采用升力面理論渦格法程序計算槳葉負荷及水動力，優化問題的提法如下：

其中：Γmn、Γ0mn分別為槳葉附著渦強度的計算值和要求值，依次根據計算得到的負荷弦向分布及給定的負荷弦向分布形式來確定。M、N 分別為槳葉徑向和弦向渦格數，本文取 M=15，N=10。

限制條件式（2）中，Tσ為推力系數計算值TK與設計要求值T0K 之絕對誤差，Tε為誤差限，本文取Tε=0.025%。另外

式（5）中Γ0m為給定的槳葉負荷徑向分布形式，歸一化方法同Γm。rε為rσ的允許誤差，本文取rε=0.05%。

選擇槳葉各半徑剖面的螺距比PDi和最大拱度與相應的弦長的比值0Mif為優化變量，為了減少計算量，可根據設計條件限定優化變量的取值范圍，本文取DLP=0.5、DUP=1.3，0ML

f=0.0、0MUf=0.1。在優化過程中，發現槳葉梢部對徑向載荷的變化特別敏感，而負荷徑向分布很難在葉梢部完全與指定負荷分布形式保持一致，所以優化得到的螺距比在葉梢部極易出現突變，這在螺旋槳設計中是不允許的，因此，根據螺旋槳設計經驗引入式（7）作為限制條件，以控制葉梢附近螺距沿徑向的變化趨勢：

其中：LPD=-0.05，UPD=0.0，該限制條件用來使葉梢部的螺距比沿徑向遞減。

螺旋槳設計中，首先必須滿足推力要求，限制條件（2）的第1式即為此而設；第2式用于限制負荷的徑向分布形式，這是影響效率的一個主要因素，本文僅考慮負荷的徑向分布形式給定的情況，并不進行效率優化，也就是說，保持原槳負荷徑向分布不變，改變其弦向分布，通過優化槳葉螺距比與拱度的配合，使槳葉表面壓力分布趨于均勻，從而改善槳葉的空泡性能。需要說明的是，上述誤差限的取值是為了使相應誤差盡可能小，在優化過程中實際的誤差常常大于誤差限，如限制條件中要求σr≤εr=0.0005，在實際優化計算中常常不能嚴格滿足這一限制要求，而相應的最終優化結果卻達到了設計要求，因此這種情況下可認為此限制條件是滿足的。同樣，σT≤εT的限制出現類似情況時，也不做嚴格要求。

2 優化案例

2.1 優化對象及其性能分析

本章以某集裝箱船五葉螺旋槳為原型，在保持或提高原槳的敞水效率的前提下，以改善槳葉負荷分布為目標，對槳葉螺距與剖面最大拱度的徑向分布進行優化。五葉槳的主要參數見表1。

按照上述螺旋槳優化設計流程，得到的優化結果需要通過SPROP（VLM方法）及FLUENT（

CFD 方法）軟件從數值計算的角度進行驗證，以確定優化目標是否實現。表2比較了原槳在設計工況下的敞水性能的試驗結果與數值計算結果。

從表2可知：SPROP 軟件預報值的相對誤差為：推力-1.5%、扭矩-5.0%、效率+3.7%；FLUENT

預報值的相對誤差為：推力+1.0%、扭矩+0.4%、+0.6%。SPROP 軟件預報的扭矩與試驗差別較大，可能是由其尾渦模型對葉梢卸載槳的適用性差以及粘性阻力估算誤差較大引起；而 FLUENT 軟件預報值與試驗值非常吻合。假定SPROP 軟件的計算誤差在優化過程中不S設計方案的改變而改變，在優化設計中，設定推力目標值時需按原型槳的預報誤差預先給與補償。

3 優化結果

表3為A槳與B槳的目標函數及限制條件的滿足情況。可以看出：與負荷徑向分布相比，在整個拱弧面上滿足給定的負荷弦向分布相對比較困難；因為B槳負荷的弦向分布形式不同于A槳，而拱弧線形式與A槳相同，所以σs、σr的誤差均比A槳大；控制葉梢螺距變化的限制條件則有效地使葉梢的螺距沿徑向呈遞減趨勢，限制了葉梢部螺距的數值波動，使之具有工程實用性。

螺距與拱度的優化結果與原槳之比較分別如圖3.1、3.2所示。螺距與拱度的分布趨勢表明：當螺距與拱度作為離散變量各自獨立變化時，最終得到的螺距與拱度分布難以保持光順。其原因可能是：負荷徑向分布無法精確滿足給定值，負荷弦向分布形式與給定的形式也存在一定的誤差，以及數值計算的隨機誤差。因此本章從工程的實用性要求出發，在保持優化結果的分布趨勢及滿足推力要求的前提下，對優化結果進行光順處理，并以光順后的結果為最終優化設計方案，利用FLUENT 對其進行CFD計算分析。

優化設計中，A、B 槳及原槳負荷的徑向分布形式保持不變，原槳通過增加葉梢拱度，以彌補葉梢螺距卸載（指葉梢螺距相對于0.7R處螺距的減小量）所損失的負荷。根據圖3.1、

3.2中對螺距與拱度分布的定性分析可知A、B槳的螺距與拱度配合能夠產生與原槳相同的負荷徑向分布形式。

圖3.3、3.4分別為SPROP軟件計算的A、B槳的負荷弦向分布與A槳相比，B槳負荷的弦向分布在導邊附近有所卸載，但卸載程度遠小于原槳。與三種負荷弦向分布對應的螺距與拱度配合如圖 3.1、3.2所示，其中A槳螺距最大、拱度最小，原槳的螺距最小、拱度最大，

B 槳螺距與拱度均居于A槳與原槳之間。這一結果充分說明負荷的弦向分布形式對螺距與拱度配合的影響。在設計工況下，從三種螺距與拱度配合下的槳葉性能進行分析，A、B 槳各半徑處的剖面比原槳剖面更接近翼型的設計狀態，可能對槳葉效率有利；但原槳剖面的工作狀態更接近于面空泡界限，而A、B 槳偏向背空泡界限，因此原槳在輕載工況下應該容易發生面空泡。

4 結語

通過對弦向負荷分布形式的比較，認為常用的a=0.8的負荷分布形式不太適合于高速、重載的現代船舶螺旋槳設計，該形式使槳葉導邊附近的負荷過重，容易在葉背側的導邊附近形成負壓峰，進而誘發槳葉背空泡。導邊卸載的負荷分布形式（如 a=0.8 & b=0.1）可能是一種更好的選擇。

參考文獻：

[1] 干洪： 計算結構力學[M].合肥：合肥工業大學出版社，2004.

篇（2）

中圖分類號：TQ051 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0054-03

Optimization Design for the Manufacturing Process of the Ship Sintering Evaporator

ZHANG Hongdun

（School of Ocean，Yantai University，Yantai Shandong，264005，China）

Abstract：Highly efficient heat transfer systems play more and more important role in the development of modern marine engineering equipment. Compared with the ordinary evaporator，the sintering evaporator’s heat transfer performance is obviously enhanced，which provides reference to saving metal material and reduce size for ship evaporator.A new approach fabricating sintered micro-structured wicks is developed which can help to fabricate the uniform wicks on the sintered surface，which can also provides reference for sintering evaporator with different thickness and copper powder particles diameter by use sintering furnace.

Key words：Sintered particles Micro-channel Porous media Evaporator

中國作為最大的發展中國家，已躋身國際航運大國的行列，伴隨著各種貿易的快速發展，我國每年進出口貨物的93%～95%是通過船舶運輸的方式來實現的，其中很多貨物還要通過冷藏運輸方式完成，同時，海上作業船、軍艦、漁船等為了滿足生產、生活以及特殊設備的需要，均需設置制冷裝置，制冷裝置已是船舶運行不可或缺的重要設備[1]。

船舶的運營成本成是航運經濟性的重要指標，隨著制冷技術應用的日益廣泛以及燃油成本的不斷提高，制冷裝置消耗的能源也在不斷增加，節能減耗是船舶營運經濟性的重要發展方向。制冷蒸發器是制冷系統的關鍵部件，它的換熱效率會直接影響制冷裝置的能量消耗及效率，如何強化制冷蒸發器的換熱系數是當前對制冷裝置節能研究的熱點之一。

強化傳熱的目的是適應和促進高熱流密度的熱交換[2]，以有效的冷卻來保證高溫部件的安全運行，以經濟的手段來傳遞特定的熱量，以高的效率來實現能源的充分利用[3]，確保設備和器件在安全運行的前提下，提高熱交換系統的經濟性，達到在總傳熱量一定的情況下減小傳熱溫差或者在傳熱溫差一定的前提下提高總傳熱量的目的 [4]。

燒結蒸發器的內壁具有多孔燒結表面，該燒結表面有很高的傳熱系數，可以有效的強化多孔側傳熱，通過與同規格光滑管傳熱性能試驗對比，其傳熱系數比光滑管提高了5～6倍[5]，是強化換熱、降低金屬耗材、提高能量利用率以及實現能量充分利用的良好換熱表面[6]。燒結處理方式是強化傳熱中的被動技術，被動技術不需要額外消耗功率和其它附屬設備，在完全失重或微重力環境中仍可工作，結構簡單，運行可靠。

1 燒結表面強化傳熱原理分析

1.1 概念

燒結[7]是金屬的粉末或粉末壓坯在一定的溫度和保護氣體中受熱所發生的過程和現象，燒結會使金屬顆粒發生相互粘結，提高了密度，而且很多情況下，也會增加燒結體的強度。如果燒結工藝控制恰當，燒結體的機械性能、物理和密度可以接近同成分的致密材料。從工藝上來分，燒結被是一種熱處理工藝，它把金屬粉末或粉末壓坯加熱，在低于其基本成分熔點的溫度下保溫，然后以不同的方式或速度冷卻到常溫，燒結過程中會發生一系列的物理化學變化，粉末顆粒的聚集體成為顆粒的聚集體，從而得到所需要的物理、機械性能的材料或制品。

以銅粉燒結為例，一般的燒結工藝大致為：選取純度在99.5%左右的銅粉，它的單體粒徑控制在75～150 μm。首先，使用工具將銅管內部清理潔凈，除掉毛刺，然后將銅管放到稀H2SO4中采用超聲波清洗。清理潔凈之后我們將得到一根無氧化物、內外壁都十分光滑的銅管。之后用一根細鋼棍插到銅管里（要求工具準確地將細鋼棍固定在銅管的中央，以保證銅粉填充均勻），將銅管的底部用銅片或堵頭暫時堵住，隨后就可以把銅粉顆粒倒入銅管了。填裝完畢后就可以拿到燒結爐進行燒結。在燒結過程中，選氮氣、氫氣或真空作為保護氣，同時，燒結溫度的控制也很重要，一般情況下燒結爐最大溫度控制在800℃～850℃（根據產品要求的滲透率確定）。燒結完之后需用一個輔助工具加緊銅管，使用專用工具把鋼棍抽出即可[8]。嚴格按照上述過程制作的燒結式銅管，銅粉燒結塊分布厚度均勻一致，各個部分的毛細結構滲透率大體相同。圖1為燒結式銅管縱橫截面剖面圖，從圖中可以看出銅管內壁面上形成的燒結吸液芯。

1.2 強化傳熱原理分析

燒結蒸發器是將一定目數的金屬粉末燒結在管內表面從而形成與管壁一體的多孔介質，這種多孔介質有較高的毛細抽吸力，并較好地減小了徑向熱阻，可以實現細薄膜蒸發，該燒結式蒸發器可以兼顧高熱傳量和低熱阻的考量。

在換熱面上燒結金屬顆粒后，加熱面和粒子之間形成了許多空隙凹坑，從而增加了表面活化中心的數目。在核沸騰時，凹坑中的汽泡受到多孔介質有限空間的限制會在受熱面附近形成汽區或汽團。多孔介質內的液體在汽區汽液彎月界面發生強烈的液體細薄膜蒸發，這種液體細薄膜主要存在于多孔介質的空隙中;另一方面，因為金屬顆粒的導熱系數好于沸騰工質的導熱系數，所以，多孔燒結層對換熱壁面而言相當于增加了翅片作用，并且由于燒結層具有很高的比表面積，使固液換熱量得到很大提升，有利于細薄膜的受熱與蒸發。蒸汽逸出燒結層和液體的補充是由相應的毛細通道的抽吸力來實現的。

根據以上分析，多孔燒結表面沸騰換熱主要受液體的激烈細薄膜蒸發和燒結層中汽-液兩相運動特性這兩個因素的影響。隨著這兩個因素的改變會出現不同的傳熱特性。在低熱負荷時，液體的細薄膜蒸發占主要地位，燒結層對沸騰換熱起強化作用，這一區域稱為傳熱控制區;而在高熱負荷時，由于液體的補充和蒸汽的脫離受燒結層骨架結構的限制，減弱了傳熱強化性能，這一區域稱為阻力控制區。在阻力控制區和傳熱控制區的臨界轉折點，換熱系數達到最高，傳熱強化效果最好[6]。

2 燒結時芯棒對中固定存在的問題

燒結層是發生熱量交換的場所，是換熱芯最重要的部分，而要在細小的銅管內壁燒結銅粉顆粒層形成燒結式吸液芯，芯棒的對中和固定工藝非常重要，該工藝將直接影響到燒結顆粒層的成型，進而會影響到燒結蒸發器的強化傳熱性能[9]。

盡管目前的銅粉燒結流程早已成熟，但是在微小的銅管內表面燒結銅粉層形成燒結芯毛細結構卻是一個難題。目前燒結時常用一根不銹鋼棒作為芯棒，如圖2所示，從紫銅管一端放入不銹鋼芯棒和大堵頭，從另一端裝入銅粉顆粒，然后放上小堵頭，隨后放在燒結支架上，放入具有保護氣體保護的燒結爐中進行燒結，燒結結束之后采用專用工具把芯棒與兩個堵頭取出。該方法雖然工藝簡單，但存在下列兩個缺點：

（1）由于芯棒較長，使用一根不銹鋼棒作芯棒時，大堵頭對對中其固定得不到控制，芯棒容易產生傾斜，對后續的銅粉顆粒填入不利，不利于保證燒結層厚度的均勻性;

（2）在不銹鋼芯棒和銅管所形成的環形空間灌入銅粉顆粒后，裝置在移動過程中銅粉顆粒容易從兩端堵頭處漏出來。

不銹鋼芯棒在銅管中是否對中準確會對燒結層的性能非常大影響的影響：芯棒比較細長，如果在填入銅粉顆粒前沒有準確地定中，則容易產生較大的撓度，單靠兩端大小堵頭是無法糾正的，制成的燒結層會出現偏心現象，如圖3所示，偏心會導致芯棒抽出時的摩擦力增加，芯棒抽出時的運動會是曲線而不是直線，抽出時需要的外力較大，在抽出過程中容易導致燒結層的脫落而破壞燒結層。

3 燒結芯棒定位裝置的優化

針對燒結蒸發器制造過程中芯棒定位不好燒結芯會出現偏心現象以及銅粉顆粒灌裝后容易漏出的問題，本文設計了一套芯棒對中固定裝置，如圖4所示。

該裝置中的燒結芯棒與定位支架做成一體，兩者相對位置固定不變，通過兩個定位孔和銅管外壁來實現銅管和燒結芯棒相對位置的精確定位，將紫銅管放入兩個定位孔內，從另一端灌入銅粉，然后放入堵頭防止銅粉漏出，放入燒結爐中進行燒結。

圖4中所示裝置的燒結芯棒直徑為6 mm，兩個定位孔直徑為8 mm，按照此裝置可獲得規格為壁厚0.6 mm，燒結層厚度為0.4 mm，外徑為8 mm的燒結式管。通過調節芯棒的高度和直徑以及兩個定位孔直徑，可以制得不同大小的燒結式管，這一設計優化了現有的燒結定位工藝，為用燒結爐制造不同直徑和燒結層厚度的燒結蒸發器提供了借鑒。

從圖1所示銅管內壁燒結銅粉顆粒的顯微組織圖可以看出，對中良好的芯棒燒結出來的微熱管銅粉顆粒分布均勻，致密性好，對稱性好，已基本形成了均勻且界面分開的組織，銅粉顆粒均勻的表面可以為液體提供高的毛細壓力。

4 結語

燒結蒸發器的強化傳熱性能要優于普通蒸發器，為船舶蒸發器縮小尺寸、節省金屬耗材提供了參考，本文探討了燒結蒸發器內表面燒結芯毛細結構的制造工藝，針對燒結芯棒對中困難及燒結銅粉顆粒灌裝后容易漏出的問題，設計了一套優化方案，通過調節芯棒的直徑和高度以及兩個定位孔直徑，可以制得不同規格的燒結式管，為用燒結爐制造不同直徑和燒結層厚度的燒結蒸發器提供了參考，同時也為提高生產效率，得到均勻致密對稱性好的燒結蒸發器提供了借鑒。

參考文獻

[1] 費千.船舶輔機[M].大連：大連海事出版社，2000.

[2] Bergles A.E. Heat transfer enhancement the encouragement and accommodation of high heat fluxes[J].ASME Journal of Heat Transfer，1997（119）：8-19

[3] 顧維藻，神家銳，馬重芳，等.強化傳熱[M].北京：科學出版社，1990

[4] Rohsenow W.M.，Hartnett J.P.，Ganic，E.N..Handbook of heat transfer applications[M].2nd edition.New York：McGraw-Hill，1985.

[5] 劉建新，金海波.多孔表面管沸騰傳熱試驗研究[J].動力工程，1999，19（1）.

[6] 蔣綠林.多孔燒結表面強化沸騰換熱最佳結構的研究[J].江蘇石油化工學院學報，1995，7（4）.

篇（3）

中圖分類號： N945.23 文獻標識碼： A 文章編號：

運輸業是以增加盈利、降低運輸成本為目的，人們在盈利的同時，已經忽略了節能所帶來的更加巨大的潛在效益。一部分的熱量變為機械功外，燃料在柴油機氣缸中經過燃燒的其余熱量經過散熱、排氣和冷卻介質而排向大氣。這種被排出的余熱我們把它稱之為廢熱。當今社會，在柴油機的主推進動力裝置船舶上，各種各樣的余熱利用系統被得到廣泛地利用。起初人們研發的有效利用余熱的方法是熱平衡分析法，但是，該方法會使人產生誤解，且實際應用范圍受限制。在科學技術高度發達的現代，人們研發了一種更為有效的方法，則為火用分析法。該方法能反映出損失以及其損失的程度，它有效利用了余熱、提高了循環的經濟性。

柴油機主推進動力裝置船舶熱力系統特點

柴油機主推進動力裝置船舶熱力系統實現了完成某特殊反應以及熱量傳遞、能量轉換等過程的系統，主要是由連接官網、熱交換設備、動力機械以及輔助機械設備和系統組成。其系統中存在著多種形式的聯系，以及熱力、氣動、機械等傳熱傳質。柴油機熱力系統可以有效地挖掘柴油機動力系統的能量，在滿足各種品位熱量的同時，最大限度地利用了余熱能量的質量和數量。但是如果將排氣回收為電能或機械能的話，就能更充分地對能量的數量和質量進行利用。除了傳統的缸套冷卻水真空制淡，在對低溫熱量進行回收時，吸收式制冷裝置、高效節能的熱泵技術、熱管換熱器等都是當今利用余熱的有效設備和手段。對柴油機進行余熱利用要根據油消耗、維護、維修管理費用、投資費用、航運和航區特點、船舶類型等綜合技術來進行綜合的分析。這樣采用的系統的余熱能量回收的經濟性能最高，熱能利用率最優，實現了熱力系統的優化設計。

柴油機主推進動力裝置船舶熱力系統都具有自身的特點：①層次性，所謂系統的層次性，就是一個總系統的下層中包含了很多的子系統，而每個子系統中又包含了更小的子系統，這樣層層包含就體現出系統的層次。為了完成功能，系統是由不同的結構和單元組成的。熱力系統的過程也按照一定的連接方式組成。②環境適用性，柴油機船舶熱力系統不斷地在與環境進行能量或物質的交換。每一個熱力系統都具備輸入以及輸出系統。該系統接受外界環境提供的能量和物料，物料通過系統形成了能流，這些能流也在不斷受到利用、處理。與此同時，向環境中輸出能量和物料也是系統所具備的功能之一。在環境條件的制約下，系統進行著能量的轉換，環境和系統之間也在相互進行著輸入以及輸出。這種系統內部能量的轉移和轉化的過程以及環境與系統之間的互相制約最終保證了系統的功能。③目的性，其目的性就是指柴油機船舶熱力系統具有其特定的功能。這些功能可以給人們的生活提供必要的海水淡化、蒸汽、冷量、熱量、動力、電力等，而且，根據其功能的相異，可將熱能進行回收、利用、輸送、轉換生產等。它可以對生產過程中產生的工質或余熱進行回收。它既可以是由多個單元組成的多功能復雜系統，也可以是由少部分設備組成的功能簡單的系統。④關聯性，關聯性是指柴油機船舶熱力系統之間的各個部分的關系是相互制約和相互聯系的。關聯性是根據其性能上的規律的匹配以及特點，系統中的各個獨立的單元并非無序組合或隨意堆積，它具有一定規律性的。⑤集合性，系統的集合性例如熱泵、熱機、各種換熱器、余熱鍋爐等獨立的單元組成了余熱回收系統，像這樣，柴油機船舶熱力系統就是由很多的獨立單元組合起來，并且是按照一定的方式進行組合的。

船舶熱力系統的火用分析

因為所研究的熱力系統性質與能量形式不同，因此，能量火用的表達也不同。熱力系統在溫差的作用下，通過環境與邊界交換能量形式就是熱量的概念。火用是在給定環境狀態的條件下，將系統傳遞的熱量采用可逆方式來完成的最大用工。熱量的火無是熱能的不可用能，而熱量的火用則是熱能的可用能。在溫度條件不同時，因為熱能的存在是依賴于物質系統熱狀態的，所以熱能的不可用部分與可用部分的比例也必然各不相同。例如：在環境狀態相同的條件下，系統溫度越高，熱量的火無就會越小，熱量火用則會越大。通過環境與邊界，系統在低于自然環境溫度的條件下進行交換的熱量即為冷量。其實冷量是低于環境溫度的熱量，其本身也是一種熱量。低于環境溫度的熱量火用其實就是冷量火用。冷量包括了火無和火用。冷量火用于冷量的差為冷量火無。給定條件下過程不可逆性的大小也是火用損失的大小。火用損失不恩給你用以對不同條件下過程進行的完善程度進行比較，它只是一個絕對的數量。所以，熱力設備或熱力系統中的火用的有效利用程度可以用火用效率來進行表達。熱力系統的火用平衡方程式可以用如下公式來表述：火用損失+系統的輸出火用+系統的火用變化量=系統的輸入火用，作為輸出火用的一部分，在分析、計算熱力系統時，火用的平衡方程式為：，由此可以看出，系統中表達熱力過程的火用平衡方程式的形式不同，熱力系統的形式就不同。

可以將余熱放熱過程作為定壓放熱的過程。柴油機的排氣余熱發電簡化熱力系統圖可以參考圖1所示。圖中MG為柴油機廢氣量，FP為給水泵，CON為冷凝器，G為發電機，T為汽輪機，SH為蒸汽過熱器，B為余熱鍋爐，PR為螺旋槳，D為柴油機。

圖1排氣余熱發電簡化熱力系統

柴油機主推進動力裝置船舶余熱利用系統優化

系統的初投資估算、工質的熱力性質計算、系統的部件設計、系統的熱平衡計算組成了系統的特性模擬分析。熱動力回收系統的優化設計為非線性規劃，因為大多數約束函數以及建立的目標函數為設計變量的非線性函數。余熱回收系統優化設計圖參照圖2所示。

圖2余熱回收系統優化設計示意圖

可以以經濟性為目標對整個余熱利用系統進行優化，也可以對余熱利用系統進行發電量和火用效率優化，方法相同但是效果不同。所優化的目標函數不同，獲得的效果也是不同的。

結束語

分析了柴油機主推進洞里裝置船舶余熱回收發電系統。在對廢氣鍋爐進行優化設計時，采用了最大火用效率作為其目標函數，及提高了透平發電量，又增加了廢氣鍋爐的火用效率。

篇（4）

煙草是什么時候傳入中國的呢?據史料記載,中國真正開始風行煙草及吸煙習慣,還是在明朝萬歷年間,煙草從海外傳入以后,才為世人共知.(摘自《吸煙的歷史》52頁)由此可知中國人吸煙的歷史已經五百年了。悠長的歷史使廣大吸煙者對煙具的喜好也是多種多樣。其中有“煙嘴”、“煙斗”、“旱煙桿”、“鼻煙壺”、“水桶煙”、“煙袋”等等。這些都是輔助吸食煙草的工具。那么包裝貯存煙草的煙具又有那些呢？天津中和煙鋪(又稱五甲子老煙鋪)，是一家歷經明、清、民國三朝的老字號。那么最初的煙草包裝主要是白紙包包即可。到了近代隨著煙制品的種類并沒有增加多少，只是吸煙的方式發生了一些變化。煙具出現了一個明顯的特點：注重實用性的同時，更注意其裝飾性和藝術性。出現了角質、骨質、玉石、金屬、塑料、陶瓷等煙盒制品。

任何一種文化現象的產生和發展，都與一定社會的歷史條件緊密相關，清代東北滿族煙俗的形成與發展亦然，它與當時滿族身處的自然環境與生活方式有著密切關系。東北地處寒溫帶，煙草自身的生物特性，為人們抵御風寒提供了一種較為理想的選擇。煙草因其所具有的藥物屬性，在滿族生產生活中也扮演著重要角色。滿族人喜吸煙草，在長期吸煙的基礎上，形成了許多與煙緊密相關的生活禮俗。在日常交往之中，敬煙是滿族人迎賓待客的主要方式之一。敬煙也是滿族人尊長敬老的一種表現形式。滿族是有著敬老傳統的民族，在日常生活中，處處體現著對老人的尊重和愛戴。煙在東北滿族的婚姻禮俗中也扮演著重要角色。在滿族婚姻禮儀中，有一項重要的儀式——“裝煙禮”，一般是由女子向男方的長者敬煙，禮畢后，尊長要將事先準備好的錢送給女方作為酬禮，謂“裝煙錢”。由此可見明清時候煙草剛剛傳入中國在遼寧吸煙的風俗已經形成,并且成為遼寧地區百姓生活中不可或缺的習俗。

本文介紹的這款“煙跳”是一款比較新穎的煙盒設計。在保持原有貯存香煙功能的基礎上增加了自動取出香煙的功能。在注重增加新功能吸引消費者的同時不斷加強了對煙盒本身設計的裝飾性和藝術性以及地域的文化性。以提高設計中的情感因素。那么設計中情感因素往往會成消費者購買的重要因素。那么我們來分析一下煙跳設計中的情感因素都有哪些。

二、煙盒設計中情感因素對設計的影響

消費者的情感具有復合性，對于一個產品可能會有幾種不同的感覺。正是因為對于產品的評估我們有著多元的影響因素，產生的情感通常不會是單一的一種。光是在功能的設計中的創新往往是不夠的。在材料的選擇上采用了目前比較昂貴的紅木材料，如：花梨木、紫檀木、紅酸枝木，楠木等珍貴木材。中國是一個木材木使用比較多的國家，對于木器的加工工藝也是歷史悠久。皇家帝王對高檔的木材的使用選擇也是相當考究。民間對于木料的種類、品種、價值的認知度也是比較高的。那么在煙跳設計材料的選擇大大提高了產品本身的價值，再經過中國傳統的木器加工工藝如榫卯工藝、雕花等工藝的使用以及傳統圖案的運用，在提高產品本身的使用價值的同時也提高了產品的藝術價值以及產品的的收藏價值。

篇（5）

關鍵詞 旅游城市形象；新媒體傳播；社會化機制

目前國際市場上運用社交媒體最成功的旅游地營銷當屬澳大利亞，其昆士蘭州繼提出“全世界最好的工作”創意之后再度發起一波極具話題性的旅游推廣活動，此次面向的是全球所有企業，參與方法也很簡單：只需上傳一段60秒視頻，闡明“為何你的公司是最棒的？以及為什么你覺得昆士蘭是最好的旅游目的地？”完成后提交到活動網址即可，獲勝者將獲得價值100萬澳元的個性化深度旅游體驗，由此大大激發了網友的原創熱情，而UGC產生的內容也使澳洲目的地形象實現多級傳播。這個活動看似簡單，既沒有復雜的內容設計，網友參與的形式也很容易，旅游地營銷者需要做的僅僅是引出一個話題、給予一個平臺，余下的就是期待網友主動喊出“昆士蘭是最佳旅游目的地”并說明理由，這種“普通人的代言”自然顯著提升了旅游地形象的可信任程度，其創意背后所透視出的社會化思維對我國旅游城市形象新媒體傳播不無啟示。其實這種社會化協作和分享機制在其他行業的營銷公關活動中早有類似應用，在國外的一些旅游目的地網絡營銷實踐中也有不錯的表現，筆者對其在旅游城市形象新媒體傳播中的應用空間亦抱持樂觀心態，期望通過本文的研究能夠進一步厘清社會化的內在原理，包括動因、價值、參與主體、城市品牌與旅游者共生、傳播關系路徑演變及其現實定位等關鍵問題，以推動旅游城市形象新媒體傳播活動發揮更大價值。

一、社會化機制的產生動因及價值分析

Facebook新聞發言人吉利安·卡羅爾認為，旅游業的社會化是一種必然趨勢，因為旅游天生就具有社交性，游客需要向朋友咨詢目的地景點、住宿及美食等各項消費選擇并與之分享旅游體驗，無論直接互動還是數據挖掘所獲得的客戶信息都為旅游城市營銷提供了改善其城市品牌形象的契機。從一個較深的層面進行剖析，就會發現社會化機制其實反映出一種新的以“人”為核心的旅游媒介生態正在形成，導致這種變化的根本動因在于——社會群體中個人意識的覺醒和個人需求（含創作和分享）的日益高漲。作為旅游城市形象傳播最常用的新媒體類型，旅游社區、網絡視頻、微博、微信其實都著眼于對“人”的理解，旨在實現對旅游者時間碎片的掌控，需要明白的一點是：社會化絕非終點，在未來它一定還會被某種新的媒介形態所取代，但借助其先打造出一個旅游者互助的平臺，再設法推動這些旅游者圍繞城市品牌主題深入互動，最后其實是旅游者發言真正鑄就了城市品牌形象，這才是旅游城市形象新媒體傳播的動機所在和運作機制。作為有共同體驗的、有意義的關系鏈旅游社區，其存在目的不僅在于記錄和更在于互動、分享及黏性，但旅游城市形象新媒體傳播的發展取向并非為了建立關系網，而是基于關系網充分激發用戶智慧來建構特定旅游城市形象。

筆者分析借鑒國內外諸多旅游新媒體營銷案例后發現，有關旅游城市形象傳播的新媒體運用應高度重視社交平臺的影響力，建議遵循“聯系一互動一影響一社交化”這一清晰的傳播路徑，就像類似TripAdvisor的業務模式那樣，用戶可以很方便地將其Facebook朋友圈資源整合到自己的旅游體驗當中，調查發現這種整合能使其用戶黏性顯著提升20%，表明“來自社交好友的意見比價格更有影響力”。2013年澳旅局也推出世界首款整合Coogle Maps和Facebook的應用——“友”賞澳洲，通過整合facebook朋友圈功能，把朋友去過的澳洲旅游地整合形成每個用戶基于其朋友關系的澳洲地圖，圖上標簽代表每個朋友去過的城市和目的地軌跡，還有當地餐廳、酒店及朋友評論和推薦，由此把朋友間信任轉化為對目的地的向往和信任，最終創造出一個獨特的旅游計劃工具，有效激發了粉絲用戶的澳洲旅游動機。Neurofocus調研機構在測試一個30秒視頻在多個媒介平臺播出情況后發現，新媒體傳播借助社會化機制確實可以與消費者在情感上產生最多共鳴，從而為傳播平臺帶來更高的用戶黏性。有調查報告顯示，一個旅游者平均擁有309個Facebook好友，從影響力層面講好友意見要比廣告信息大5倍，這意味著內容很“贊”的旅游城市社交主頁也會是一個“有價值的媒體”，其觸及到的用戶要比那些依賴付費媒體的用戶數量多得多，這是因為社會化能夠使對有價值內容的關注度隨被“贊”頻次增加而呈現倍增效應。

二、社會化主體——“Alpha”旅游者與“相關人群”

新媒體傳播的社會化機制造就了“Alpha”消費者，這是一個賦予產品意義、積極體驗產品并樂于向他人推薦產品的新型消費群體，相關概念是由娛樂經濟學家Michael Wolf在1999年提出的。旅游業中的“Alpha”人群特征比其他行業更加明顯，因為旅游消費屬于一種典型的體驗經濟，旅游者日益依賴網民分享的旅游體驗來決定其旅游消費決策，包括到哪里旅游、看哪些景點、去哪里吃飯以及到哪里住宿等，由此表明通過營造旅游社區氛圍吸引旅游者互動，絕對是一種高回報率的旅游城市形象新媒體傳播手段。尤其是身處低誠信消費環境的中國旅游者更習慣于依賴各類旅游品牌，并視這些品牌及其相關評論以及好友推薦為其個人網絡生活的重要內容，調查數據顯示，有74%的消費者愿意為高質量和獨特性支付更多，有48%的消費者相信網絡視頻并且很容易被說服而沖動消費。新媒體傳播的社會化機制存在的很多問題都根源于對社交關系的定義過于簡單，其實關系并不只是技術的一個功能或衍生物，追求朋友、粉絲及關注者也不能直接等同于用戶價值。線上互聯的旅游者特別強調不斷投身于各自所定義的興趣圖譜，并實時分享共同的旅游城市偏好及其旅游體驗，此時的關系價值就體現在對彼此信任的旅游體驗分享的評估指標表現上，因此，在消費決策過程中旅游者往往不再遵循傳統的“興趣一目的”式路徑，而是更易于被其他旅游者的觀點、經歷及決策所共同影響。

在新媒體傳播出現社會化機制以前，旅游城市形象只能停留在旅游者的個體記憶之中，而社會化使得傳播不再僅僅針對目標旅游者，而是開始關注更大范圍內的“相關人群”，其核心價值就體現在使旅游者進行消費決策時易于得到其“相關人群”的推薦，同時激發他們在線分享對旅游城市形象的個人觀點甚至自愿代言該城市品牌，從而使旅游城市形象能夠更廣泛地留存在旅游者互動之中。為此筆者通過在線親身體驗總結出旅游者消費決策是如何被網絡“相關人群”口碑所影響的，基本流程如下：首先是好友精彩評論引發潛在旅游者觀看旅游城市網絡視頻，對視頻內容初步分析后給出評論并與好友反復互動，對內容細節進一步分析后再通過社會化媒體與更多朋友分享，然后去視頻網站搜索更多相關視頻并看到很多網友評論，當發現自己和大部分人看法一致時隨即產生“群體歸屬感”，進而通過搜索引擎查找更多旅游城市相關資訊并由此激發購買欲，當身處購買情境時最終促成消費。為此筆者建議旅游城市營銷者以更動態性的觀點來看待旅游城市形象新媒體傳播的社會化機制，也要對傳播所依托的社交關系作出更加寬泛的界定，以推動更多人、更多組織之間進行更有意義的觀點分享和行為交互。

三、以社會化思維激活旅游者與城市品牌共生

社會化思維要求城市品牌不能再停留在“怎樣讓城市曝光”的單向傳播上，而是要思考“怎樣激活城市品牌與旅游者共生”，因此，為了更大程度激發旅游者共鳴，旅游城市營銷者應善于從電影、社會事件中捕捉時代性議題以持續創造“旅游者——城市品牌”故事，并引導旅游者圍繞城市品牌主題在線互動。為此筆者建議旅游城市營銷者在城市形象傳播視野上要盡可能寬泛，而不要像城市營銷那樣單純聚焦在明確的旅游消費需求點上，應著重考察整個旅游產業鏈中發現還未被滿足的相關非消費性需求并積極介入之，借此與旅游者建立起互動并為日后的潛在購買培養城市品牌偏好，這一自然而然的前期鋪墊充分體現出城市品牌對旅游者需求的細致洞察。那么，如何通過活動設計來激發旅游者與城市品牌建立共生關系？筆者以為，旅游城市營銷者應緊密圍繞其城市形象定位，基于社會化思維設計出易于激發旅游者參與的線上活動，以使其增值成一個個與目標旅游者直接溝通的關系接觸點，再將其轉化成一系列便于旅游者展示自我價值的社會化協作崗位，由此可將目標旅游者對旅游城市形象從“認知”層面提升到“參與”甚至“構建”層面，而旅游城市也因此收獲了構成其品牌忠誠的兩個最核心要素——認同感與歸屬感。

由此表明，社會化思維就是決定旅游城市形象新媒體傳播是否能夠成功的關鍵，旅游營銷實踐中往往將其分為兩種形式：一類是個體性的獨立創作，城市品牌主動推出一個開放式構建平臺，邀請目標旅游者集思廣益，例如城市旅游局官方微博可以舉辦以展現城市品牌形象為目的的旅游者DIY城市旅游路線活動，另一類是群體性的社會協作，筆者建議旅游城市形象傳播不妨借鑒“宜家搬家秀”的創意思維，可以設計推出一個富含各類城市品牌元素的在線游戲，并在網上游戲高手選拔公告，通過提供各種游戲角色來吸引目標旅游者踴躍參與。社會化其實就是信息互動及分享，這也意味著旅游城市形象新媒體傳播的所有社會化技術創新的終極目標都是為了便于旅游者獲取和利用城市旅游信息，為此旅游城市營銷者必須理解如何以社會化思維來統領新媒體運作并整合新舊媒體，使之無縫融入整個旅游城市形象傳播組合戰略當中。

四、社會化傳播的關系路徑演變

旅游者與旅游城市品牌的互動渠道及方式在不斷變化，“先交朋友，再做生意”的傳統生意經早已深人人心，而新媒體傳播基于社會化思維在網絡空間里能更好地踐行這一理念。根據斯科特·斯特萊登的理解，新媒體傳播的社會化機制帶來的最大創新就在于與客戶真正建立起長期互動，這種關系與傳統的人際關系極為相似，同樣包括熟悉、了解、關心等，將其拓展到旅游城市形象傳播領域就是——將簡單的私人關系變成城市品牌與旅游者復雜的公開關系。我國傳統的社會文化通常表現為熟人“圈子”內人際關系友善而互助，但對“圈子”外的人卻沒那么熱情，伴隨新媒體傳播的社會化機制，這種封閉式“關系圈”會逐漸走向開放式“關系鏈”，社會性組織力量也會促使人際關系發生深刻變化，主要表現為陌生人基于互聯網很容易建立起“弱聯系”關系鏈。中國旅游者對旅游城市的選擇總是具有很強的品牌意識，但同時又缺乏品牌忠誠，而社會化機制可以促使中國傳統的“強聯系”關系型文化轉變為更易于快速建立及拓展的“弱聯系”關系型文化，為此筆者建議旅游城市營銷者換一種思路，可以嘗試放棄以往從“強聯系”到建立品牌忠誠度的直線傳播模式，轉向從建立“弱聯系”開始再逐步形成品牌認同乃至忠誠的曲線傳播模式。

通過接觸傳統廣告建立起來的旅游者與城市品牌關系是“硬”性的，只有通過實地旅游體驗才能建立真正的“軟”性關系，而社會化就是一個使一大群彼此陌生的旅游者先建立起“弱聯系”再通過頻繁互動轉化為“強聯系”的傳播過程，其最終目的就是幫助旅游城市品牌實現“旅游者代言”。由此可見，旅游城市形象新媒體傳播引入社會化機制更多是想在留住老客戶上發揮作用，其衍生品才是借助老客戶口碑傳播獲得新客戶，其互動性傳播優勢使城市品牌能直接而迅速地獲得目標旅游者聲音，而旅游城市營銷者對此要做的就是快速反應，力求以正面聲音壓倒負面聲音。為此筆者建議旅游城市營銷者主動加入旅游者對話，并盡可能豐富旅游者之間、旅游者與城市品牌之間弱聯系的內容和形式，例如城市旅游局官方微博或微信可以在新年之際為用戶提供多種有趣的視頻賀卡生成工具，其中可富含其城市各類標志性旅游元素，以使目標旅游者之間的在線問候成為城市品牌形象傳播的有效載體。

五、社會化機制的現實定位

面對旅游者不斷產生的新需求，旅游城市形象新媒體傳播應始終著眼于為“他們”創造意義和價值，其關鍵價值并不體現在任何新功能或新應用上，而是如何使他們的在線社交活動變得更有針對性和條理性。從本質上講，旅游城市形象新媒體傳播的社會化機制體現出來的是旅游者社會心理及價值觀的變化，由此也決定了它更應是一項戰略而不僅僅是一個戰役，那些把它放在戰略高度去重視和運用的旅游城市都已借此積累起較強的社交品牌資產。旅游城市形象新媒體傳播的社會化機制已日漸清晰，但對廣告功能的過度強調致使其忽略了其他更有價值的互動及分享特質，而社會化機制對傳統的城市營銷傳播所帶來的最大變革就是——改變了城市品牌一旅游者之間及旅游者之間的溝通方式。新媒體傳播有可能成為旅游城市在實地旅游以外能讓旅游者參與城市品牌體驗的最大契機，調查表明，新媒體傳播基于社會化機制在幫助組織實現各類商業目標中的作用依次為：塑造品牌、構建社區、客戶服務、聲譽和危機管理等，其中有超過70%選擇的是“塑造品牌”。

然而，旅游城市形象新媒體傳播依靠社會化機制，是否一定就能構建起社交媒體所具備的用戶黏性還有待考量，畢竟旅游屬于一個相對短暫、消費頻次不高的體驗性產品類型，因此，期冀依靠旅游去建立起長期性社交關系的想法明顯不太靠譜，但反過來依靠社交關系去刺激有關城市品牌形象的UCC互動還是非常現實的。實證結果表明，借助于社交網絡新媒體傳播的受眾定位精準度可高達90%，而完勝于平均精準度僅為35%的一般性新媒體，表明旅游城市形象新媒體傳播借助社會化機制可以深入挖掘客戶細微需求，從而使城市旅游體驗分享更有針對性，客戶關系也不再僅僅是旅游者在旅游城市停留期間而是會在持續互動中，旅游城市也憑借這種隨時陪伴旅游者的關系價值構筑起其城市品牌競爭優勢。

結語

篇（6）

中圖分類號:TP274文獻標識碼:B

文章編號:1004-373X(2010)02-143-04

Optimized FIR Filter Design Based on Self_adaptive Genetic Algorithm

HUANG Meng,TANG Lin,ZHEN Yu,ZHANG Jie

(91635 Army,Beijing,102249,China)

Abstract:The goal of optimized FIR filter design is approaching to the ideal performance of IIR filter.Genetic algorithm is an optimal probability search algorithm,imitating the process of biology evolution,which has proposed an universal method to solve optimized problems of complex system,independent of domain and kind of problems.The proposed algorithm applying self_adaptive genetic algorithm to optimized IIR filter design,and adjusting cross probability and mute probability self_adaptively by evaluating premature convergence degree to improve search efficiency of genetic algorithm.The simulation results demonstrate that the proposed algorithm can achieve satisfying capability of filter.

Keywords:FIR filter;optimized design;self_adaptive genetic algorithm;premature convergence degree

在現代信號處理和電子應用技術領域,FIR數字濾波器因具有穩定性和線性相位兩大優點而得到了廣泛的應用。FIR數字濾波器的設計方法主要有窗函數法、頻率采樣法、切比雪夫逼近法,這些方法的最終目的是對理想濾波器理想性能的逼近,而不可能真正做到理想濾波器的幅頻響應,正基于此,多年來許多專家學者在數字濾波器的優化設計問題上做了大量的研究工作,在一定優化準則下,提出了一些設計方法,如Caratheodory_Fejer(CF)法[1],神經網絡(Neural Network)法[2],最小P誤差法[3]以及模型擬合頻率響應法[4]等。這些優化算法各長,它們在數字濾波器的設計中都取得了較好的設計效果,也為數字濾波器的設計打開了新的思路。

遺傳算法是一種模仿生物進化過程的全局優化概率搜索算法,它提出了一種求解復雜系統優化問題的通用框架,且不依賴于問題的領域和種類,因此在諸多領域得到了廣泛的應用。但是標準的遺傳算法存在兩個重大的缺陷:早熟和收斂速度慢。這里提出了一種自適應調整遺傳參數的遺傳算法,并用其實現了FIR數字濾波器的優化設計,仿真結果說明了算法的有效性。

1 FIR數字濾波器及優化設計

1.1 FIR數字濾波器的頻率特性

有限沖激響應數字濾波器(FIR)的輸出僅取決于有限個過去的輸入和現在的輸入,用x(i),y(i)分別表示其輸入和輸出,FIR濾波器可以表示為[5]:

y(i)=∑N-1j=0h(j)x(i-j)(1)

式中:h(i)(實數)為FIR的沖激響應,顯然:

h(i)=h(i), 0≤i≤N-1

0,N

即FIR的沖激響應只有有限N個,稱N為FIR的階次。

對于N階線性相位FIR濾波器,其單位沖激響應h(i)為實數,且以對稱中心α=(N-1)/2對稱的,即有以下約束關系:

h(i)=±h(N-1-i)(3)

1.2 FIR濾波器優化設計準則

設一個FIR數字濾波器的理想頻率響應為:

Hd(jω)=Hd(ω)e-jθ(ω), ω∈[-π,π](4)

式中:Hd(ω)≥0,若用一個N階的FIR頻率響應來逼近它,設其沖激響應為h(i),i=0,1,2,…,N-1,那么其頻率響應可表示為:

H(jω)=∑N-1i=0h(i)e-jiω, ω∈[-π,π](5)

由上式可得:

Hd(jω)=Hd(ω)cos φ(ω)-jHd(ω)sin φ(ω)(6)

H(jω)=∑N-1i=0h(i)cos(iω)+j∑N-1i=0h(i)sin(iω)(7)

在[-π,π]上取P個頻率采樣點ωp(p=0,1,2,…,P-1),并且為每一個ωp設置一個權重系數αp≥0(p=0,1,2,…,P-1)。那么描述H(jω)逼近Hd(jω)的加權均方誤差可近似寫成:

E2=1A∑P-1p=0αp∑N-1i=0h(i)cos(iωp)-Hd(ωp)cos φ(ωp)2 +

∑N-1i=0h(i)sin(iωp)-Hd(ωp)sin φ(ωp)2≥0(8)

式中:

A=∑P-1p=0αp(9)

如果采樣點ωp的數量足夠多且間隔足夠小,那么式(8)精確地表達了H(jω)與Hd(jω)的加權均方誤差。顯然,如果E2為0,那么所設計的FIR的頻率響應應在ωp(p=0,1,2,…,P-1)點上,幅頻響應和相頻響應兩方面嚴格地等于Hd(ωp)和φ(ωp)。由于N有限,E2不可能為0,任務在于尋找一種有效的算法使E2盡量小。由式(8)可知,αp取值的大小表達了對其對應的ωp點的重視程度,αp取值越大則要求在ωp附近頻域內H(jω)越嚴格地逼近Hd(jω)。

綜上所述,一維實數FIR數字濾波器優化設計問題就是尋找一組h(i)使式(8)的值盡可能小。

2 自適應遺傳算法

遺傳算法自提出以來,因其具有很強的解決問題的能力和廣泛的適應性,因而近年來滲透到研究與工程的各個領域,取得了良好的效果。但在實際應用中,基本遺傳算法也逐漸暴露出一些缺陷,這些缺陷主要集中在兩個方面:早熟和收斂速度慢[6,7]。

所謂早熟是指遺傳算法收斂于局部最優值,而非全局最優值的現象。這往往是由于在算法搜索的初期階段,種群中出現了某些超級個體,這些超級個體的適應值很高,隨著進化過程的進行,它們會很快占據整個種群,導致種群缺乏多樣性而陷入局部極值。由于遺傳算法從本質上而言是一種隨機搜索優化算法,所以當待求解問題規模較大或問題較復雜時,搜索空間往往非常龐大,于是導致遺傳算法的收斂速度很慢。

選擇合適的遺傳算子執行概率,是遺傳算法能否收斂到最優解的關鍵之一。遺傳算法的參數中交叉概率Pc和變異概率Pm的選擇是影響遺傳算法行為和性能的關鍵所在,直接影響算法的收斂性,Pc越大,新個體產生的速度就越快。然而Pc過大時遺傳模式被破壞的可能性也越大,使得具有高適應度的個體結構很快就會被破壞;但是如果Pc過小,會使搜索過程緩慢,以致停滯不前。對于變異概率Pm,如果過小,就不易產生新的個體結構;如果過大,那么遺傳算法就變成了純粹的隨機搜索算法。針對不同的優化問題,需要反復試驗來確定Pc,Pm,這是一件繁瑣的工作,而且很難找到適應于每個問題的最佳值。

在傳統的遺傳算法中,交叉概率Pc、變異概率Pm與種群進化過程無關,從始至終都保持定值。近年來的研究表明,交叉概率和變異概率的選取對系統性能有重要的影響。用不變的Pc和Pm來控制遺傳進化,很容易導致“早熟”,降低算法的搜索效率。目前,調整遺傳算法控制參數較好的方法是動態自適應技術,其基本思想是使Pc,Pm在進化過程中根據種群的實際情況,隨機調整大小,目前這方面已有大量的研究[8,9]。具體做法為:當種群趨于收斂時,減小Pc、增大Pm,即降低交叉的概率,提高變異的概率,以保持種群的多樣性,避免“早熟”;當種群個體發散時,增大Pc、減小Pm,即提高交叉的概率,降低變異的概率,使種群趨于收斂,增加算法的收斂速度。

在多數情況下,種群中不同個體的適應度不盡相同,因此可以用適應度分布的離散程度來表征種群的“早熟”程度。種群在進化過程中發生“早熟”的主要表現是:種群內適應度暫時最大的一些個體相互重復或趨同,使得它們有較大的概率參與下一代的選擇復制操作,且它們之間交叉后的子代也不會與父代有太大的變化,導致遺傳算法尋優過程十分緩慢,降低搜索效率。因此,要正確判斷一個種群是否會發生“早熟”主要看這個種群當前適應度最大的那些個體是否重復或相互趨同。“早熟”程度可以使用下面方法評價:

設第t代種群個體的平均適應度為t,t代種群中最優個體適應度為Ftmax,種群中個體適應度大于t的個體的平均適應度為tmax,那么可以用Ftmax與tmax之間的差值來評價種群的“早熟”程度:

D=Ftmax-tmax(10)

式(10)中,指標D用來表征種群的“早熟”程度。可以看出,當D增大時,種群趨于發散;D減小時,種群趨于相同。此方法只計算Ftmax與tmax的差值,不涉及適應度低于平均適應度的個體,從而避免了那些適應度較差個體對D的影響,更能反映種群中那些適應度較好的個體之間的趨同程度。

根據種群“早熟”程度的指標D,使得交叉概率Pc和變異概率Pm在進化過程中隨著D的變化而改變,如下式所示:

Pc=1/\(11)

Pm=1-1/\(12)

式中:k1,k2>0。Pc取值范圍在[0.5,1]之間,Pm的取值范圍在[0,0.5]之間。在進化過程中,Pc,Pm根據D取值的不同而動態地自適應調整:當種群個體趨于離散(即D變大)時,Pc增大、Pm減小,種群開發優良個體能力增強;當種群個體趨于收斂(即D變小)時,Pc減小、Pm增大,種群產生新個體能力增強。

3 基于自適應遺傳算法的FIR數字濾波器優化設計

3.1 編碼

遺傳算法中首先要完成的是對解的編碼,由于文中的問題是一個非線性函數的優化問題,故采用實數編碼技術。將染色體表示成如下向量:X=\,x(i)∈[0,1],i=0,1,2,…,N-1。其中:x(k)∈[0,1],k=0,1,…,(N-1)/2,可由如下映射關系得到:

x(k)=\/2(13)

式中:h(k)∈[-1,1],k=0,1,…,(N-1)/2,其余的h(i)可由式(3)求得。

3.2 適應度函數

FIR數字濾波器的優化設計目標是使式(8)的值最小,因此使用式(8)的倒數作為適應度函數,即:

f=1/E2(14)

3.3 選擇算子

使用錦標賽選擇法和精英保留法相結合的選擇策略。錦標賽選擇法在選擇時先隨機在群體中選擇K個個體進行比較,適應度最好的個體將被選擇作為生成下一代的父體,參數K稱為競賽規模。這種選擇方式能使種群中適應度好的個體具有較大的“生存”機會。同時,由于它只使用適應度的相對值作為選擇的標準,而與適應度的數值大小不成直接比例,從而避免了超級個體的影響,在一定程度上避免了過早收斂和停滯現象的發生。

精英保留法即當前種群中適應度最好的個體不參加遺傳操作,直接復制到下一代,替換經交叉和變異操作產生的子種群中適應度最差的個體,其優點是在搜索過程中某一代的最優個體可不被遺傳操作所破壞,這樣可以保證遺傳算法以概率收斂到最優解。經驗證明,保留占種群總體2%～5%數量的個體,效果最為理想[10]。

3.4 交叉算子

交叉算子以概率Pc對兩個父個體進行隨機分割,然后再重新組合從而獲得兩個新個體。根據分割點的數量,可分為單點交叉或是多點交叉。其原理是每個父個體隨機選擇m個無重復的交叉點,在交叉點之間的變量間續地相互交換,產生兩條新的子個體,完成交叉操作。本文采用兩點交叉法,示意如圖1 所示。

圖1 兩點交差法

3.5 變異算子

變異就是根據一定的概率Pm,將個體染色體上某一位置上的基因進行攝動,使其產生突變。設父個體向量x=(x1,x2,…,xk),則分量xi以概率Pm被選擇作為變異,設對xi進行變異,則其后代為x′=(x1′,x2′,…,xk′),其中xi′以等概率取(1-r)xi或xi+(1-xi)r,r為[0,1]上的隨機數。

3.6 實現步驟

(1) 根據不同的頻段要求初始化αp。其中,權重系數αp的大小表達了設計FIR數字濾波器時,對與其對應的ωp附近頻域內逼近誤差的重視程度。在具體的設計中,αp是可以調整的,不同的αp取值將導致不同的設計結果。通常要求FIR數字濾波器應具有較好的阻帶特性,而對過渡帶沒有嚴格的要求,因此可令:

αp=αp=1,ωp在通帶

αt=0,ωp在過渡帶

αs≥1,ωp在阻帶

式中,αp為通帶權重系數;αt為過渡權重系數;αs為阻帶權重系數。

(2) 隨機產生初始種群,在區間[-2,2]中產生一組隨機數作為初始化種群,每個個體表示為染色體的基因編碼。

(3) 計算A=∑P-1p=0αp。

(4) 計算個體的適應度,并判斷是否符合優化準則。若符合,輸出最佳個體及其代表的最優解,并結束計算;否則保留適應度最好的個體,執行(5)。

(5) 在種群中使用錦標賽選擇法選擇兩條個體。

(6) 計算交叉概率Pc和變異概率Pm。

(7) 對選擇個體進行交叉和變異操作,產生新的個體。

(8) 重復(5)~(7),直到新種群數量等于上一代種群數量,并返回(4)。

4 FIR數字濾波器仿真實例

設計一個階次N為49,ωp=0.4π,ωs=0.5π,φ(ω)=18ω的低通實數FIR數字濾波器,設定αp=1,αt=0,αs=5,初始種群100,最大進化代數為300,最后選擇出最優的結果如圖2所示。

圖2 FIR低通濾波器設計結果

5 結 語

針對遺傳算法存在的“早熟”和收斂速度慢的缺陷,設計了評價進化過程中種群的“早熟度”的方法,使交叉和變異概率根據“早熟度”的變化而自適應調整,提高了遺傳算法的收斂速度,并將其應用于FIR數字低通濾波器的優化設計,并進行了仿真實驗,實驗結果表明該算法能夠設計出性能較好的數字濾波器。

參考文獻

[1]JIN Weidong,Zhang Gexiang,Zhao Duo.Satisfactory Optimization Design of IIR Digital Filters\.Journal of Southwest Jiaotong University,2005,13(1):23-27.

[2]王小華,何怡剛,彭玉樓.神經網絡在4型FIR高階多通帶濾波器的自適應優化設計研究[J].湖南大學學報,2004,31(20):66-69.

[3]殷瑞,萬國龍.數字信號處理[M].北京:清華大學出版社,2007.

[4]Shaw A K.Optimal Design of Digital IIR Filters by Model_fitting Frequency Response Data\.1993IEEE Int.Symposium on Circuits and Systems\.1993.

[5]程佩青.數字信號處理教程[M].北京:清華大學出版社,1995.

[6]李敏強,寇紀淞.遺傳算法的基本理論與應用[M].北京:科學出版社,2002.

[7]王小平,曹立明.遺傳算法――理論、應用與軟件實現[M].西安:西安交通大學出版社,2002.

篇（7）

中圖分類號： S611文獻標識碼：A 文章編號：

航行于海面上的船舶，由于風浪的作用，其受力和運動非常復雜，因此固定在船舶上的綁扎橋受集裝箱斜拉力情況也比較復雜。.在利用有限元方法分析綁扎橋的時候，首先要建立合適的力學求解模型，然后利用大型商業有限元軟件ANSYS對綁扎橋結構進行求解分析。

本文主要是針對兩層綁扎橋這一新形式的結構進行有限元強度及優化設計，為綁扎橋結構的力學性能分析以及進一步的優化設計提供一種有效的有限元數值解決方案。

1、基本假設條件

利用有限元方法對綁扎橋結構進行分析時，需要把結構的實際物理模型轉化成數學模型，并根據有關受力分析離散成有限元計算模型，這一過程實際上是把一個真實模型簡化為一個理想模型，采用的基本假設條件如下：

（1）忽略模型的局部缺陷以及不均勻等特點，不考慮由于焊接不完整等因素而產生的結構間斷問題，即分析中采用的模型連續性能的均勻模型；

（2）綁扎橋的側向受力特別小，且對稱，因此在綁扎橋受力分析中忽略側向力。

（3）綁扎橋通過螺栓與船艙連接，可以簡化為綁扎橋與船艙簡支連接。

綁扎橋優化設計

2.1力學模型

綁扎橋主要受集裝箱對其斜拉力的作用，斜拉力的大小與方向與很多因素有關，譬如風速、浪高、船體傾斜度等。在本項目中，我們只分析極限受力狀況下，綁扎橋受力變形狀況。單根綁扎載荷按230KN加載，綁扎橋極限受力狀況詳見圖1。

圖1綁扎橋受力示意圖

綁扎橋拓撲優化設計

根據上述力學模型，基于ANSYS建立了綁扎橋的拓撲優化分析模型，拓撲優化的目標是尋找承受單載荷或多載荷的物體的最佳材料分配方案。這種方案在拓撲優化中表現為“最大剛度”設計。綁扎橋拓撲優化設計流程如圖:2所示：

圖2拓撲優化示意圖

綁扎橋參數優化設計

基于ANSYS建立了綁扎橋的拓撲優化分析模型，對綁扎橋參數優化分析。ANSYS參數優化設計如圖3所示，首先建立初始有限元模型，然后求解，形成參數化結果、定義參數化變量、約束條件和目標函數，然后ANSYS自動搜尋設計域，進行優化設計。對綁扎橋進行優化分析，設計變量為角度、跨距、板厚等變量，約束邊界條件為綁扎橋內應力不超過材料屈服應力，位移滿足綁扎橋最小位移要求，目標函數為質量最小，經過ANSYS參數優化設計，最終綁扎橋設計如圖3所示：

圖3ANSYS參數優化設計流程圖

圖4綁扎橋參數優化設計后的有限元模型

小結

基于ANSYS拓撲優化設計和參數化優化設計，對綁扎橋進行了優化設計。進過優化設計后的綁扎橋，無論是在強度上（綁扎橋應力小于鋼材屈服應力），還是在剛度上（綁扎橋位移小于限制位移），均滿足要求，且鋼材總用量減少了近10%，取得了不錯的經濟效益。

參考文獻

篇（8）

中圖分類號：TH122文獻標識碼： A 文章編號：

引言

如前所述，在船舶結構的設計中能用到的變量都有好幾個限定條件，多個限定條件使得優化結構中出現一些問題，為解決相關問題應選用有效的離散變量。在船舶結構方面的設計中，主要參考現代數學理論、計算機技術以及工程的一些特征作為其未來的發展方向或前景。綜觀以往研究，國外更加注重開發優化算法，在規范設計、數據設計以及專家經驗的運用方面有所忽視。機械 工程在優化結構設計中的運用減少了用戶的計算量以及對經驗和機械 的需求，很大程度上提高了結構優化設計的水平。

基本原理介紹

結構設計中機械 工程的應用

作為一種工程理論，機械 工程實現了機械 在不同領域的多重使用，它以將在相關領域長期實踐經驗總結得到的相關標準嵌入新型軟件為核心，通過推理和邏輯分析達到產品設計的目的。

對結構進行優化時，要求在條件限制下，設計一組包含數學函數以及其變量等參考數據，以便滿足目標最優化。結構設計中運用機械 工程能夠幫助用戶在最初目標函數的基礎上進項設計，以求在參數的不斷變化中找到最佳設計方案。

機械 工程的關鍵在于其對機械 的表示、獲取和推理。實現在結構設計中應用機械 工程要能夠利用技術獲取機械 ，然后能夠將所得機械 按某種形式轉化為計算機語言，最后在遇到具體問題時充分利用存儲庫中的機械 加以解決。

建立機械 庫

作為機械 的集合，機械 庫中儲存了大量的案例、規則和積累的經驗。在機械 庫建立過程中，首先要對相關文獻以及經驗進行整理劃分，將相關機械 按某種類別加以劃分，最后整理出針對不同問題的解決對策，并將其存入數據庫，作為機械 儲備。在獲取機械 時可以根據不同情況采用不同的方法，既可以向相關行業專家咨詢，也可以查閱文獻，不斷進行歸類整理。機械 庫的建立就是要為用戶解決問題、利用機械 提供有效的渠道。

相關概念的界定

結構設計是否合理、是否符合制定的標準，需要我們通過一定的標準、規則和公式來進行檢查。以下是對相關概念的界定：

表格設計。其用來表示不同產品的不同性能，由于產品的大小、形狀各不相同，因此將產品的各種特性編制成表格更能清晰的反應出來，為產品的設計提供依據。

規則設計。其主要指活動中各項具體規則的制定。

檢查設計。通過該設計能實現對信息的快速判斷。

結構設計的流程與策略

流程設計

船舶體積龐大，在設計過程中會用到相關離散變量，諸如板材的樣式、厚度、寬度等。這些變量學科關聯度高、對設計的要求高、需要設定的限定條件也多，這使得設計中多峰性以及非線性問題嚴重。因此，在該設計中需要大量的計算以及數據的存儲，這樣耗費的時間過長。在將機械 工程引入以后，有效的解決了這些問題，在機械 庫中構建并存儲有關船舶設計的專家經驗、規范要求以及相關數據使得模型設計與參數實現相互轉換。

專家指出船舶支架中的約束條件較為保守，只有滿足限定條件才能達到較好的設計效果。對于有些結構較小的部件，由于其占據船舶重量的比例較小，對設計產生較小的影響，因此再設計時可將其作為已經變量，重點放在對傳播者橫踢影響較大的部件上，這樣能夠大大提高效率，縮短設計的時間。

（二）策略設計

在設計船舶橫艙結構時除了需要用到離散變量以外，會用到隨機變量。由于在該設計中用到標準化的材料，因此要在機械 庫中選擇標準材料；對于水平與垂直材料的焊接，應該選擇隨機變量來衡量材料的厚度和高度；在依據相關規范對船舶橫艙進行設計以后，很容易發現其中的限定條件多為限制橫艙材料的厚度；剖面模數主要限制垂直材料；除此之外，板材的高度和厚度也要形成一定比例。在設計過程中還要充分考慮局部設計的穩定性，材料厚度設計要結合機械 庫中的相關數據來進行。

在具體設計中，可以將船舶橫艙的高度以及寬度設定為已知參數，依據機械 庫中存儲的數據對其賦值。變量主要是指在設計時能變動的參數，變動的所有數值將會有具體的方案與之相對。因此在設計時要使板材的參數與表格設計中的參數相對，分別對厚度、高度、寬度設置參數。限定條件的設計主要是針對剖面模數的限制以及材料和工藝穩定性的限制。設計中也需要注意公式以及模型的編寫，這時機械 庫的作用尤為明顯。借助機械 庫中儲存的規則、公式進行結構規劃，能夠有效的避免公式的重復編寫，減小了計算量，同時保護了企業的資產。

通過建立數據和限定條件、選取相關的模型，將會實現機械 理論向數學模型的轉變。優化設計應以減輕船舶重量，降低生產成本，提高經濟效益為目標。同時該設計也豐富了機械 庫中經驗的積累，實現了機械 和資源的有效共享。機械 工程在優化結構設計中的運用，在更大程度上提升了結構設計的水平。

結束語

綜上所述，機械 工程在船舶設計中的應用，有效的解決了許多設計方面的問題或難題。同時，數據與限定條件的建立以及模型的選取，真正實現了機械 理論向數學模型的轉變。在優化設計過程中，船舶的重量在不斷減小，生產的投入也在不斷降低，而經濟效益與實踐經驗卻在日益提高，可以說有效實現了機械 與資源的共享。所以，我們一定要積極推動機械 工程在船舶結構設計中的有效應用，爭取取得更好的應用效果。

參考文獻：

[1]陳金峰,楊和振,馬寧,王德禹.機械 工程應用于船舶局部構件智能化設計研究[J].中國造船.2010（04）.

[2]朱穌驥,顧學康,胡嘉.遺傳算法的改進及其在超大型油舶結構優化中的應用[J].船舶力學.2010（01）.

篇（9）

中圖分類號：U661.34 文獻標識碼：A

Analysis on the Influence of Propeller Back on Ship Performance

ZHENG Yan Ling

（Foshan Nanhai Zhufeng Shipbuilding Co.，Ltd. Foshan 528244）

Abstract： by testing result verification， this paper discusses the influence of propeller back on the ship speed， vibration and noise. Think to optimize the ship performance has a positive role.

Key words： propeller back； ship speed； vibration； noise；

1 引 言

螺旋槳在設計過程中，一般會充分考慮船型特點、主機功率等要素進行分析估算，而螺旋槳的位置則需考慮與船體尾部型線的配合，保持一定的間隙。在充分考慮各種設計要素的情況下，為保證足夠的間隙，螺旋槳的位置盡量往船后方向移會對船舶性能產生什么樣的影響呢？我們通過修理一艘裝載量150 t的沿海貨船來探討這個問題。

2 實船驗證

進廠修理的150 t沿海貨船為單機單槳，航速11 kn。該船因航行時打彎了尾軸而進廠更換尾軸，船東提出能否解決船體尾部的振動噪音問題。該船由于出廠時先天不足，航行時尾部振動明顯，噪音每隔一段時間會明顯增大。在此之前，同一批船的另一艘嘗試由原來的3葉槳更換為4葉槳，下水后通過航行試驗，振動明顯減小，但航速下降至9 kn。

在不更換螺旋槳的情況下，我們嘗試將螺旋槳往后移。經過方案論證，尾軸線夾角不變，尾軸加長100 mm，螺旋槳沿尾軸線往后移，與舵系保持適當距離，螺旋槳槳葉與船底板的距離增大。軸系改造完成后進行下水試驗，結果振動明顯減小，異常噪音消失，航速增加至12.5 kn。

隨后，我們將這種方法應用到此類型新造的船舶上，進一步論證螺旋槳后移對船舶性能的影響。

2012年建造的一艘100 t漁政船，總長33 m，單層連續甲板，主船體為鋼質焊接結構，上層建筑為鋁合金焊接結構，傾斜船尾、方尾、圓舭線型，采用雙主機、雙槳，近海航區，螺旋槳為日本 MAU型的4葉槳，試航航速是16.8 kn，船舶各項性能優越，無明顯振動，無異常噪音。2013年按照相同圖紙再建造一艘，我們對其進行優化設計，將螺旋槳后移170 mm，如圖1、圖2。

船舶建造完成下水試驗，與母型船各項性能對比見表1。

兩船在相同的水道進行航行試驗，試驗當天的天氣及海況相差不大，試驗結果表明，優化設計船航速稍有增加，螺旋槳對應的舵機艙噪聲有所減小。從以上的實船驗證結果來看，螺旋槳位置往船后方向移對船舶的航速、振動及噪音均有一定的改善。

3 理論分析

我們從理論上分析一下螺旋槳定位后移對船舶的影響。

3.1 有效推力增大

螺旋槳在船后工作時，由于它的抽吸作用，使槳盤前方的水流速度增大，根據伯努利定理，水流速度增大壓力必然下降，故在螺旋槳吸水作用處及整個區域內壓力都要降低，導致船體壓阻力增加，這個由螺旋槳在船后工作時所引起的船體附加阻力稱為阻力增額R。若螺旋槳發出的推力為T，則其中一部份用于克服船的阻力R（不帶螺旋槳的阻力），而另一部分則為克服阻力增額R，則有T=R+R，其中有效推力為（T-R）。螺旋槳槳葉與船體間的相對位置增大，增額阻力R減小，則螺旋槳有效推力（T-R）增加，有效推力增加則航速增大。

3.2 激振力減小

由于螺旋槳在不均勻的船尾伴流場中運轉，必將產生激振力，在螺旋槳振源中以螺旋槳誘導的脈動壓力，即表面力為最主要因素。螺旋槳的安裝，需考慮與船體尾部型線的配合，保持足夠的間隙，避免產生過大的激振力。通常情況下，槳葉和船體間隙不得小于船級社規范的要求。

按照挪威船級社對脈動壓力測量數據指出，與船體表面壓力緊密有關的因素有伴流場、葉梢至船體的間隙、螺旋槳設計狀況和尾吃水等。表面力與葉梢至船體的間隙成反比，葉梢至船體的間隙越大，表面力越小，產生的激振力越小。激振力的減小可減輕船舶振動，降低噪音。

4 應用

當然，螺旋槳后移是有一定局限性的。首先后移會加長尾軸的長度，對軸的強度有一定的影響，要滿足軸的強度要求，不能無限加長，只能作局部調整；其次，螺旋槳與舵系的距離既要保證舵機在艙內的運作，也要保證在維修時部件有足夠的距離拆卸。

5 結束語

本文通過實船驗證的方式探討了螺旋槳后移對船舶的影響。這種方式對船舶航速、振動及噪音有積極的影響，雖然使用上有一定的局限性，但可以作為一種優化設計應用在船舶的修理建造上。

參考文獻

篇（10）

中圖分類號：U662.2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7973（2016）01-0063-02

我國的內河流與眾多，由于各個內河流域的航道水文條件都不盡相同，因此，其船舶的航行速度也不同。但是，內河流域的淺水航道因為自身的水文特點，對船舶推動裝置的要求就更高，如果船舶在航行中遇到天氣條件不好的狀況，那么航道的航行條件就更復雜。由于內河淺水航道的水文特點，因此，其中的航行船舶體積都比較小，因此，在進行船舶推動裝置設計時，要從船舶的整體方面進行考慮。

1內河淺水航道航行船舶動力推進裝置設計的意義

隨著我國船舶制造業的快速發展，內河淺水航道的航行速度也在不斷提高，但是，由于內河淺水航道具有內河河道寬度不夠，水面和河底距離較短的特點，因此，內河航道經常會發生船舶淺水現象。在內河淺水航道的某些區域，甚至會發生船舶及其損害事故，基于這些原因，進行內河航道航行船舶動力推進裝置設計，就顯得非常重要。以額爾古納河到恩和哈達之間的內和淺水航道為例，這個航道全長950km，航道中水深最淺處為0.6m，屬于航道類型中的Ⅵ級航道，因此，對于這個航道的維護、疏浚等管理工作，水運部門已經購置了多艘船舶進行工作，并且購置、建造了航道維護工程船舶，利用這些工程船舶來進行航道作業。但是，在內河淺水航道航行時，船舶的拖輪會受到航道條件的嚴重影響，影響船舶的航行速度，因此，對內河淺水航道航行的船舶動力推進裝置進行優化設計意義非常重大。

2內河淺水航道航行船舶動力裝置運行狀況

內河淺水航道的一些航行區域的自然水位、泥沙等情況對航行不利，要求船舶在航行過程中對航行條件有較好的適應能力，能夠在內河淺水航道航行中實現自由移動、拖帶、拖拽等目的。

2.1輔助作業船動力裝置運行現狀

內河淺水航道的輔助作業船在吃水1.0m的情況下，船舶能夠獲得最大的推動力，在這一情況下航行速度最快。船舶的排水量在1000t左右時，其拖帶的排水量也為1000t左右，我們最常見的就是挖沙船。內河淺水航道的輔助作業船舶在托在浮船塢或者駁船調遣等機器進行運輸工作時，在吃水0.7m的情況下，可以通過港內作業實現排水的目的，排水量大約在120t左右，這種輔助作業船有工作船、空駁船等，這些船舶可以進行內移作業，實現船舶的運行目的。

2.2拖帶船動力推進裝置運行現狀

內河淺水航道的拖帶船的航速被定為6km/h，這種船舶是內河淺水航道航行船舶中較為經濟的一種，通過對這種船舶的阻力計算，它在運行過程中的總功率在320kw至360kw之間，因此，我們可以推算出船舶在進行自由航行時的航速可以大于18km/h。以額爾古納航道為例，它的全里程為949km，所以，拖帶船在吃水0.9m情況下，能夠持續航行1000km，這種船舶在額爾古納航道中的自持力為7天。如果在吃水0.7m的情況下，進行港內作業，它能夠持續航行500km，自持力為3天。

2.3船舶的動力推進裝置設計要求

內河淺水航道航行船舶的動力推進裝置設計要求，要根據具體的內河航道來分析，主要的考慮因素包括船舶結構，機電設備，排水量、穩定性、人員數量空間等因素。

3內河淺水航道航行船舶動力推進裝置設計

3.1船舶動力推進裝置種螺旋槳的功率消耗計算

對于船舶動力推進裝置種螺旋槳的功率消耗計算方法，主要有以下幾個步驟：①先對螺旋槳的直徑進行限定，限定值為1200mm；②對船舶航速進行確定，確定航速為13.0kn；③在系柱推力總共為26t時，船舶的航速就為4kn，這種情況下的船舶排水量為305t；④這時就可以計算出船舶螺旋槳的軸功率高于276kW。

3.2船舶動力推進裝置設計的考慮要素

根據內河淺水航道的維護特點，要求巷道的維護疏浚船舶數量不要太多，一艘船舶對航道的維護疏浚效果最好，所以為了實現航道維護疏浚工作目的，要采用大型的耙吸挖泥船。目前，超大型耙吸挖泥船一般都在14萬畝以上，這樣的船舶船長一般為150m到210m之間，吃水情況一般維持在10.3m到16m之間，因此這種船舶的體積較大，因此，船舶得到動力推進裝置對船舶本身的操縱性的影響非常大，所以推力推進裝置在大型的耙吸挖泥船上的運用非常重要，是對船舶作業的影響非常大。而一般在0.5萬畝到13萬畝之間的耙吸挖泥船，它的體積和和疏浚性能等方面都比較良好，適合長時間在內河淺水航道中航行、作業。下表是典型耙吸挖泥船的主要數據和各種影響因素：

3.3內河淺水航道船舶動力推進裝置的設計功率

篇（11）

中圖分類號：U667.3 文獻標識碼：A

Optimized Structural Design Of Anchor Bed for 64000DWT Bulk Carrier

HE Maohua，ZHOU Jiannan

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited， Guangzhou 511462 ）

Abstract： This paper introduces the optimized structural design of anchor bed for 64000DWT bulk carrier. This new design improves the environment and efficiency for construction of anchor bed and reduces the construction cost.

Key words： 64000DWT； Anchor Bed； Optimized Structural Design

1 前言

64 000 DWT綠色節能環保型散貨船為我司目前在建的主力系列船型，該船型不僅要求設備動力節能環保，而且要求在整個建造過程中盡量做到省時省力，為此在設計過程中做了大量的優化工作。就船體結構而言，通過首制船的建造，發現該系列船的錨臺結構的設計施工難度大、費時費力，因此在后續船將錨臺結構做優化設計，以達到提高施工效率、節省施工成本的目的。

2 初始設計方案存在的問題

如圖1、圖2所示，錨臺結構主要由錨臺面板、錨臺外側板及內部肘板三部分組成。目前設計所采用的施工方案為：先將錨臺面板、錨臺外側板、內部肘板組裝成整體的錨臺結構，然后整體定位上船體與船體外板和錨鏈筒焊接。由于整個錨臺結構往船體外板上扣，這樣就形成了一個密閉的空間，（這里加了一個字，看不出是什么字）圖1中“***”標注位置的焊縫將無法施焊，我們采取的施工方案是將兩塊錨臺外側板緩裝，先讓施工人員進入到錨臺內部結構進行焊接施工，最后通過增加鋼襯墊焊接緩裝的外側板，如圖3所示。

這種錨臺結構的設計及施工方案雖然也能完成錨臺的施工建造，但是費時費力，施工人員的施工環境較差，施工質量得不到保證，因此該錨臺的結構設計有待進一步優化。

3 優化設計方案

原設計方案存在的主要問題在于錨臺結構內部肘板與船體外板及錨鏈筒之間的焊接不容易施焊，因此必須主要考慮改進內部的肘板形式，新的錨臺結構形式如圖4、圖5所示。

該優化設計方案主要是將錨臺內部肘板一分為二，相應的錨臺安裝方案優化為：首先將船體外板和錨鏈筒之間的肘板（即圖4中4、12相似位置的肘板）定位安裝焊接，然后將錨臺外側板、錨臺面板及上述兩者之間的肘板（即圖4中5、13相似位置的肘板）作為整體制作成錨臺結構，最后將該整體結構往船體外板上扣，此時僅圖4中節點1錨臺外側板與船體外板之間的焊縫需要實施單面焊，具體焊接節點如圖6所示。通過此結構設計及施工優化方案后，施工人員不必再進入到錨臺內部狹小的施工空間作業，改善了施工環境，節省了大量工時，同時也能保證施工質量。

4 結束語

通過設計及審圖單位的確認，此錨臺的結構優化形式滿足結構強度要求，同時也征得了船東的同意。優化后的設計施工方案大大提高了生產效率，改善了作業人員的施工環境，對于系列船的建造更新具有深遠的意義，同時該優化結構也可以用于類似船型的錨臺設計，具有很好的通用性。

參考文獻

[1]何琴琴，李傳靜.錨臺、錨鏈筒及錨唇安裝精度控制工藝[JJ.廣東造