低成本水下无人试验平台优化设计研究

发布时间：2020-04-11 00:38

【摘要】：近些年,伴随着全世界对海洋资源的探索以及海军作战的研究,对搭载设备进行测试的试验平台的需求也应运而生,无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)作为一种机动灵活、成本低、搭载方便的新型水下装备则可以很好地满足对试验的需求。本课题针对为提供的试验设备设计一个低成本的无人水下试验平台,将降低重量作为主要目标来体现低成本这一目标。主要展开了对序列二次规划法、遗传算法以及自适应模拟退火算法的研究,无人水下航行器各单一系统的组合优化,以及对无人水下航行器的多学科优化技术分析等方面的研究。主要研究内容如下:首先,从无人水下航行器的优化算法入手,研究序列二次规划法、遗传算法和模拟退火这三种优化算法的数学基础和计算流程。并且根据试验设备,对水下无人航行器进行建模,包括骨架结构、电池、耐压舱、舵机等。然后,对多学科优化技术的框架种类进行分析和研究,综合研究目前六种主要的多学科优化方法,给出这些方法的计算流程,对各个方法的计算特性进行简要分析,侧重研究协同优化法和同时分析法的计算特性。接下来,对无人水下航行器的各个子系统的单系统优化问题进行分析,将无人水下航行器看做阻力、结构、能源以及推进四个子系统,基于isight对每个子系统进行了建模与优化分析,选择序列二次规划法结合多岛遗传算法以及序列二次规划法结合自适应模拟退火法的组合优化方法进行单一系统的优化分析,并得出每个子系统更适合的组合优化方法。最后,对无人水下航行器进行多学科优化设计分析。在理解了各个子系统之间的互相影响和耦合关系后,对协同优化方法和同时分析方法时的多学科优化分析的模型进行构建。在两个优化框架下分别选用序列二次规划法结合多岛遗传算法以及序列二次规划法结合自适应模拟退火法的组合优化方法对无人水下航行器进行多学科优化分析,得出合适的优化结果。
【图文】：

无人水下航行器,水下航行器,遥控式,自主式

图 1.1 无人水下航行器分类与分级下航行器一般可以分作遥控式水下航行器（ROV）以及自主式水下种。现在世界上还没有一个通用的分级标准，被接纳程度最高的标准标准，即：微型、轻型、重型、大型以及超大型。美军的分级依据是水下航行器的直径范围是 70mm 至 230mm，质量是 45kg 以下，可以水雷等工作。轻型水下航行器直径最大为 324mm，可以持续运作 2完成情报监察、水下信息采集等工作。重型水下航行器直径最大是 53000kg，载荷较少时可持续运作40至80小时，能够完成战术情报收集与骗取对方鱼雷等武器。大型航行器直径一般为 1000mm 左右，载荷较 100 至 300 小时，可以持续收集情报、特种作战以及水下多种战斗。水下航行器模块介绍下航行器的系统结构基本可以看作艇体、推进器、能源系统、艉舵、感设备、耐压舱以及发射回收系统等部分。在艇体部分鱼雷型结构由则容易加工、发射回收简单、更容易实现模块化等优势，因此鱼雷型

无人水下航行器

图 1.2 无人水下航行器结构通信系统在设计时主要以水线以上天线高度、通讯协议及数据传递、硬件的防水与抗压性、硬件的额布局等四个条件为依据来进行。无人水下航行器的结构可以看作密封舱结构与非水密舱结构两类，一般来说两种结构同时存在，不过比例不同。非水密舱结构比重大时，航行器下潜深度更深，，内部设备为水密结构适应水下环境，且外场试验时现场调试维护容易不过内部设计比较难，水密件与线缆成本高且质量较大。1.3 UUV 的历史及现状1.3.1 UUV 历史表 1.1 水下无人航行器发展历程UUV 发展年限发展内容20 世纪 40 至 50 年代载人水下航行器20 世纪 60 年代代替人员进行水下探测、沉船打捞等遥控式水下航行器（ROV）20 世纪 80 年代末由美国高级计划研究局提出 UUV 技术与快速样机计划20 世纪 90 年代无人水下航行器被选择处理侦查、反潜等军事任务2005 年 1 月美国制定了无人航行器 UUV 总体规划
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.941

【相似文献】