新型水面高速無人艇性能綜合優(yōu)化初步研究.pdf

1、水面無人艇作為一種水面自航載體，具有體積小、航速高、智能控制等優(yōu)點，并配有雷達、聲納、攝像機以及一些小型武器等設備，可以完成收集和傳播信息、監(jiān)視海洋情況、地形勘察、搜救、探測、導航和作戰(zhàn)等多種任務，隨著無人艇功能的增加，它已經被廣泛應用于軍事和民用領域。研究水面無人艇的快速性、耐波性、操縱性以及抗傾覆性對艇型設計和艇體的流體動力學性能分析都顯得十分重要，而水面無人艇性能綜合優(yōu)化設計對無人艇的設計與研究有著不可替代的作用，國內外也越來越重

2、視對該領域的研究。
　　本文以一種新型水面高速無人艇艇型為研究對象，兼顧快速性、操縱性、耐波性和抗傾覆性能建立此類水面高速無人艇性能綜合優(yōu)化數學模型。將數學模型與優(yōu)化算法接口，設計并編制出符合該水面高速無人艇的基于多種優(yōu)化算法的綜合優(yōu)化軟件。具體研究步驟總結如下：
　　1.選取一種具有防飛濺條和水翼的滑行艇作為研究對象，根據防飛濺條尺寸、水翼尺寸、水翼位置和不同的艇型參數建立幾何模型，并使用FINE/Marine軟件進行網格

3、劃分和阻力計算，進而建立該類艇體的阻力數據庫，并對不同艇體參數的水動力性能做對比分析。研究表明，加水翼或者防飛濺條都可以增加艇體的升力，使艇體更快的進入滑行狀態(tài)，而同時加水翼和防飛濺條的艇體更能改善滑行艇的阻力性能。
　　2.使用多項式響應面法，根據CFD阻力數據對該類艇體的總阻力、摩擦阻力、升力、靜濕面積和靜排水量進行多項式響應面公式擬合，從而為建立快速性優(yōu)化數學模型提供基礎。選取快速性優(yōu)化設計變量，將海軍系數作為快速性優(yōu)化的評

4、價函數，并構造其約束條件，最終建立快速性優(yōu)化數學模型。
　　3.基于系統(tǒng)辨識理論和多種優(yōu)化算法的程序設計思想，完成該類艇體的回轉運動、Z形運動和橫搖運動的辨識軟件設計，并結合該類艇體操縱性實驗數據，進行辨識計算獲得操縱性優(yōu)化目標函數。選取操縱性優(yōu)化設計變量，并選取直線穩(wěn)定性衡準數、最小相對回轉直徑和轉首指數共三個評價函數作為操縱性優(yōu)化的目標函數，并構造其約束條件，建立操縱性優(yōu)化數學模型。
　　4.對該類艇體進行橫搖運動試驗，

5、然后使用辨識軟件對試驗數據進行橫搖辨識計算和分析，一方面得到了較佳的橫搖運動方程，同時也驗證了橫搖辨識軟件中算法的可靠性。使用響應面方法對縱搖有義值和垂蕩有義值進行計算公式的擬合，進而實現(xiàn)對無人艇的縱搖有義值和垂蕩有義值的預報?？紤]到縱搖、垂蕩和橫搖的影響，選取無因次衰減系數、縱搖有義值和垂蕩有義值作為耐波性系統(tǒng)的三個性能優(yōu)化目標函數，并建立耐波性優(yōu)化數學模型。研究了該艇體的穩(wěn)性，分析了其傾覆后的受力情況，估算其傾覆后的初穩(wěn)性高公式，最

6、終選取正浮的初穩(wěn)性高和翻轉后的初穩(wěn)性高作為抗傾覆性的優(yōu)化目標函數，并建立抗傾覆性優(yōu)化數學模型。
　　5.綜合船舶的快速性、操縱性、耐波性和抗傾覆性的優(yōu)化數學模型，構造該類水面高速無人艇性能綜合優(yōu)化目標函數，根據約束條件設計其懲罰函數，最終構造出此類水面高速無人艇性能綜合優(yōu)化數學模型。分析各種智能優(yōu)化算法的特征，用C＃語言編制遺傳算法、混沌算法、粒子群算法和復合形算法，并結合并行和分層策略來提高算法的優(yōu)化性能，同時通過不同的改進策略