新型水面高速無(wú)人艇性能綜合優(yōu)化初步研究.pdf

1、水面無(wú)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(diǎn)，并配有雷達(dá)、聲納、攝像機(jī)以及一些小型武器等設(shè)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(cè)、導(dǎo)航和作戰(zhàn)等多種任務(wù)，隨著無(wú)人艇功能的增加，它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。研究水面無(wú)人艇的快速性、耐波性、操縱性以及抗傾覆性對(duì)艇型設(shè)計(jì)和艇體的流體動(dòng)力學(xué)性能分析都顯得十分重要，而水面無(wú)人艇性能綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)無(wú)人艇的設(shè)計(jì)與研究有著不可替代的作用，國(guó)內(nèi)外也越來(lái)越重

2、視對(duì)該領(lǐng)域的研究。
　　本文以一種新型水面高速無(wú)人艇艇型為研究對(duì)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(wú)人艇性能綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。將數(shù)學(xué)模型與優(yōu)化算法接口，設(shè)計(jì)并編制出符合該水面高速無(wú)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(jié)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(duì)象，根據(jù)防飛濺條尺寸、水翼尺寸、水翼位置和不同的艇型參數(shù)建立幾何模型，并使用FINE/Marine軟件進(jìn)行網(wǎng)格

3、劃分和阻力計(jì)算，進(jìn)而建立該類艇體的阻力數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)不同艇體參數(shù)的水動(dòng)力性能做對(duì)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(jìn)入滑行狀態(tài)，而同時(shí)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(xiàng)式響應(yīng)面法，根據(jù)CFD阻力數(shù)據(jù)對(duì)該類艇體的總阻力、摩擦阻力、升力、靜濕面積和靜排水量進(jìn)行多項(xiàng)式響應(yīng)面公式擬合，從而為建立快速性優(yōu)化數(shù)學(xué)模型提供基礎(chǔ)。選取快速性優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，將海軍系數(shù)作為快速性優(yōu)化的評(píng)

4、價(jià)函數(shù)，并構(gòu)造其約束條件，最終建立快速性優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。
　　3.基于系統(tǒng)辨識(shí)理論和多種優(yōu)化算法的程序設(shè)計(jì)思想，完成該類艇體的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、Z形運(yùn)動(dòng)和橫搖運(yùn)動(dòng)的辨識(shí)軟件設(shè)計(jì)，并結(jié)合該類艇體操縱性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行辨識(shí)計(jì)算獲得操縱性優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。選取操縱性優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，并選取直線穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)、最小相對(duì)回轉(zhuǎn)直徑和轉(zhuǎn)首指數(shù)共三個(gè)評(píng)價(jià)函數(shù)作為操縱性優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，并構(gòu)造其約束條件，建立操縱性優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。
　　4.對(duì)該類艇體進(jìn)行橫搖運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，

5、然后使用辨識(shí)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫搖辨識(shí)計(jì)算和分析，一方面得到了較佳的橫搖運(yùn)動(dòng)方程，同時(shí)也驗(yàn)證了橫搖辨識(shí)軟件中算法的可靠性。使用響應(yīng)面方法對(duì)縱搖有義值和垂蕩有義值進(jìn)行計(jì)算公式的擬合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人艇的縱搖有義值和垂蕩有義值的預(yù)報(bào)。考慮到縱搖、垂蕩和橫搖的影響，選取無(wú)因次衰減系數(shù)、縱搖有義值和垂蕩有義值作為耐波性系統(tǒng)的三個(gè)性能優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并建立耐波性優(yōu)化數(shù)學(xué)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(zhuǎn)后的初穩(wěn)性高作為抗傾覆性的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并建立抗傾覆性優(yōu)化數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)模型，構(gòu)造該類水面高速無(wú)人艇性能綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)約束條件設(shè)計(jì)其懲罰函數(shù)，最終構(gòu)造出此類水面高速無(wú)人艇性能綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。分析各種智能優(yōu)化算法的特征，用C＃語(yǔ)言編制遺傳算法、混沌算法、粒子群算法和復(fù)合形算法，并結(jié)合并行和分層策略來(lái)提高算法的優(yōu)化性能，同時(shí)通過(guò)不同的改進(jìn)策略