一种水面无人艇艇型优化及远程设计系统初步研究
发布时间：2022-07-29 20:12
随着近年来海洋权益的争夺及海洋资源的开发被日益关注,水面无人艇因具有机动灵活、高速性、日常营运费用低、可代替人完成高强度或危险的任务等优点,得到了广泛的应用。水面无人艇优良的性能是其能够有效完成各项任务的前提和保证。为了能够设计出性能优良的无人艇,本文以快速性、横向和纵向自稳性综合较优的防滑行面飞溅的单体水面翼滑艇为研究对象,开展了快速性、自扶正性能、操纵性、耐波性等性能的研究,建立了航行性能综合优化数学模型,构造了基于设计变量的改进优化算法,编写了一套较为完整的水面无人翼滑艇综合优化软件。并对基于优化结果制作的高速翼滑艇模型开展了典型的试验研究,通过与未经优化的艇模进行对比,发现优化效果显著。此外,本文也将水面无人翼滑艇综合优化软件与系统辨识软件和响应面拟合软件进行整合,形成了一套较为完善的水面无人艇优化设计软件,并实现了基于“远程控制”技术的水面无人艇综合优化软件的共享使用。具体研究工作如下:（1）选用一类加装水翼和防飞溅条的翼滑艇作为研究对象,设计出适用于该类艇的艇型方案,通过建立几何模型,并采用Fine/Marine软件划分网格,进行了翼滑艇阻力数值分析,建立了该类艇体的阻力数...
【文章页数】：146 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题的理论意义和实用价值
1.2 水面无人艇国内外研究现状
1.2.1 水面无人艇国内研究现状
1.2.2 水面无人艇国外研究现状
1.3 滑行艇、水翼艇和翼滑艇研究现状
1.3.1 滑行艇研究现状
1.3.2 滑行艇水动力性能研究现状
1.3.3 水翼艇研究现状
1.3.4 水翼艇水动力性能研究现状
1.3.5 翼滑艇研究现状
1.4 多学科优化方法研究现状
1.4.1 无人艇多学科优化研究现状
1.5 船舶远程设计平台研究现状
1.5.1 远程服务系统发展现状
1.5.2 “远程控制”技术在船舶业的应用
1.6 本论文研究内容
第2章 USV模型设计及其阻力数值分析
2.1 引言
2.2 翼滑艇设计
2.2.1 滑行艇特性及主要船型参数
2.2.2 防飞溅条设计
2.2.3 水翼设计
2.2.4 水面无人翼滑艇设计
2.3 USV阻力数值模拟
2.3.1 数值模拟简介
2.3.2 FINE/Marine简介
2.3.3 FINE/Marine数值模拟过程
2.3.4 后期处理
2.4 USV阻力性能分析
2.4.1 不同航速对比
2.4.2 不同重心纵向位置对比
2.4.3 不同长宽比艇体对比
2.4.4 不同吃水艇体对比
2.4.5 不同水翼攻角艇体对比
2.5 本章小结
第3章 综合优化数学模型
3.1 引言
3.2 快速性优化数学模型
3.2.1 响应面方法
3.2.2 快速性设计变量
3.2.3 快速性目标函数
3.2.4 快速性约束条件
3.3 操纵性优化数学模型
3.3.1 操纵性设计变量
3.3.2 操纵性目标函数
3.3.3 操纵性约束条件
3.4 耐波性优化数学模型
3.4.1 耐波性设计变量
3.4.2 耐波性目标函数
3.5 抗倾覆性优化数学模型
3.5.1 抗倾覆性设计变量
3.5.2 抗倾覆性目标函数
3.5.3 抗倾覆性约束条件
3.6 综合优化数学模型
3.6.1 综合优化设计变量
3.6.2 综合优化目标函数
3.6.3 综合优化约束条件
3.6.4 适应度函数
3.7 本章小结
第4章 优化算法及综合优化分析
4.1 引言
4.2 优化算法
4.2.1 遗传算法
4.2.2 混沌算法
4.2.3 粒子群算法
4.2.4 改进优化算法
4.3 水面无人艇综合优化软件介绍
4.3.1 总体实现介绍
4.3.2 综合优化软件界面功能及使用
4.4 综合优化计算及分析
4.4.1 遗传算法优化计算
4.4.2 粒子群算法优化计算
4.4.3 混沌算法优化计算
4.4.4 改进优化算法计算
4.4.5 优化算法对比
4.5 本章小结
第5章 水动力性能试验
5.1 引言
5.2 新型水面无人艇模型
5.3 系统辨识
5.4 快速性试验及分析
5.4.1 快速性试验方案
5.4.2 快速性试验数据分析与处理
5.5 操纵性试验及分析
5.5.1 回转试验方案
5.5.2 回转试验数据分析与处理
5.5.3 回转辨识数学模型
5.5.4 回转辨识优化计算
5.6 耐波性试验及分析
5.6.1 横摇试验及数据分析
5.6.2 纵摇试验及数据分析
5.7 本章小结
第6章 水面无人艇远程优化设计系统
6.1 引言
6.2 优化服务平台设计目标及需求分析
6.3 优化服务平台搭建及系统实现
6.4 优化服务平台安全性设计
6.5 远程优化系统服务设计
6.5.1 基于远程软件的USV优化服务系统设计
6.5.2 基于Web的USV优化服务系统设计
6.6 本章小结
第7章 水面无人艇远程优化设计系统可靠性分析
7.1 引言
7.2 基于远程控制软件的系统测试及运行结果
7.2.1 测试环境说明
7.2.2 基于远程软件的USV远程服务系统主要功能测试
7.3 基于Web的USV远程服务系统主要功能测试
7.4 小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文和取得的科研成果
致谢
详细摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于B/S模式的船舶机桨匹配远程计算平台设计[J]. 杨琨,舒佳成. 船海工程. 2017(02)
[2]混合模拟退火与粒子群优化算法的无人艇路径规划[J]. 郑佳春,吴建华,马勇,龙延. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(09)
[3]无人艇的发展趋势[J]. 张波,王磊,李英军. 科技视界. 2016(19)
[4]新型滑行艇附体优化设计试验[J]. 王来强,孙长照,许慧文. 中国水运(下半月). 2016(06)
[5]Hull form optimization of a cargo ship for reduced drag[J]. Fuxin HUANG,Chi YANG. Journal of Hydrodynamics. 2016(02)
[6]船舶智能化研究现状与展望[J]. 柳晨光,初秀民,谢朔,严新平. 船舶工程. 2016(03)
[7]“互联网+造船”,未来潮流?[J]. 钟传. 珠江水运. 2016(02)
[8]多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究[J]. 李冬琴,蒋志勇,赵欣. 船舶工程. 2015(11)
[9]舰船船型航行性能的多学科设计优化应用研究[J]. 陈伟,杨向晖,邱辽原. 中国舰船研究. 2015(05)
[10]无人船艇的发展及展望[J]. 张树凯,刘正江,张显库,刘玉. 世界海运. 2015(09)
博士论文
[1]多学科设计优化中近似模型与求解策略研究[D]. 肖蜜.华中科技大学 2012
[2]无人艇的非线性运动控制方法研究[D]. 廖煜雷.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于多学科设计优化方法的船舶水动力性能综合优化研究[D]. 冯佰威.武汉理工大学 2011
硕士论文
[1]翼滑艇艇型设计及瞬态水动力特性研究[D]. 周丹枫.江苏科技大学 2017
[2]水面无人艇运动控制系统设计与实现[D]. 田勇.大连海事大学 2016
[3]新型水面高速无人艇性能综合优化初步研究[D]. 魏子凡.江苏科技大学 2016
[4]基于CFD的高速滑行艇水动力性能研究[D]. 范伟同.大连海事大学 2015
[5]波能推进型无人双体观测艇的水动力性能研究[D]. 郑妍颖.华南理工大学 2015
[6]船舶远程电子监管系统的研发[D]. 曾勤.集美大学 2015
[7]扁平无人深潜器操纵性和快速性及能源系统优化设计方法[D]. 王蒙云.江苏科技大学 2015
[8]基于免疫克隆算法的船舶远程故障诊断研究[D]. 张国龙.大连海事大学 2015
[9]无人监测船远程控制系统的研究[D]. 王魏.浙江大学 2014
[10]船舶设计变量对船舶操纵主要水动力导数及操纵性能影响研究[D]. 李小冬.武汉理工大学 2014
本文编号：3667109
【文章页数】：146 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题的理论意义和实用价值
1.2 水面无人艇国内外研究现状
1.2.1 水面无人艇国内研究现状
1.2.2 水面无人艇国外研究现状
1.3 滑行艇、水翼艇和翼滑艇研究现状
1.3.1 滑行艇研究现状
1.3.2 滑行艇水动力性能研究现状
1.3.3 水翼艇研究现状
1.3.4 水翼艇水动力性能研究现状
1.3.5 翼滑艇研究现状
1.4 多学科优化方法研究现状
1.4.1 无人艇多学科优化研究现状
1.5 船舶远程设计平台研究现状
1.5.1 远程服务系统发展现状
1.5.2 “远程控制”技术在船舶业的应用
1.6 本论文研究内容
第2章 USV模型设计及其阻力数值分析
2.1 引言
2.2 翼滑艇设计
2.2.1 滑行艇特性及主要船型参数
2.2.2 防飞溅条设计
2.2.3 水翼设计
2.2.4 水面无人翼滑艇设计
2.3 USV阻力数值模拟
2.3.1 数值模拟简介
2.3.2 FINE/Marine简介
2.3.3 FINE/Marine数值模拟过程
2.3.4 后期处理
2.4 USV阻力性能分析
2.4.1 不同航速对比
2.4.2 不同重心纵向位置对比
2.4.3 不同长宽比艇体对比
2.4.4 不同吃水艇体对比
2.4.5 不同水翼攻角艇体对比
2.5 本章小结
第3章 综合优化数学模型
3.1 引言
3.2 快速性优化数学模型
3.2.1 响应面方法
3.2.2 快速性设计变量
3.2.3 快速性目标函数
3.2.4 快速性约束条件
3.3 操纵性优化数学模型
3.3.1 操纵性设计变量
3.3.2 操纵性目标函数
3.3.3 操纵性约束条件
3.4 耐波性优化数学模型
3.4.1 耐波性设计变量
3.4.2 耐波性目标函数
3.5 抗倾覆性优化数学模型
3.5.1 抗倾覆性设计变量
3.5.2 抗倾覆性目标函数
3.5.3 抗倾覆性约束条件
3.6 综合优化数学模型
3.6.1 综合优化设计变量
3.6.2 综合优化目标函数
3.6.3 综合优化约束条件
3.6.4 适应度函数
3.7 本章小结
第4章 优化算法及综合优化分析
4.1 引言
4.2 优化算法
4.2.1 遗传算法
4.2.2 混沌算法
4.2.3 粒子群算法
4.2.4 改进优化算法
4.3 水面无人艇综合优化软件介绍
4.3.1 总体实现介绍
4.3.2 综合优化软件界面功能及使用
4.4 综合优化计算及分析
4.4.1 遗传算法优化计算
4.4.2 粒子群算法优化计算
4.4.3 混沌算法优化计算
4.4.4 改进优化算法计算
4.4.5 优化算法对比
4.5 本章小结
第5章 水动力性能试验
5.1 引言
5.2 新型水面无人艇模型
5.3 系统辨识
5.4 快速性试验及分析
5.4.1 快速性试验方案
5.4.2 快速性试验数据分析与处理
5.5 操纵性试验及分析
5.5.1 回转试验方案
5.5.2 回转试验数据分析与处理
5.5.3 回转辨识数学模型
5.5.4 回转辨识优化计算
5.6 耐波性试验及分析
5.6.1 横摇试验及数据分析
5.6.2 纵摇试验及数据分析
5.7 本章小结
第6章 水面无人艇远程优化设计系统
6.1 引言
6.2 优化服务平台设计目标及需求分析
6.3 优化服务平台搭建及系统实现
6.4 优化服务平台安全性设计
6.5 远程优化系统服务设计
6.5.1 基于远程软件的USV优化服务系统设计
6.5.2 基于Web的USV优化服务系统设计
6.6 本章小结
第7章 水面无人艇远程优化设计系统可靠性分析
7.1 引言
7.2 基于远程控制软件的系统测试及运行结果
7.2.1 测试环境说明
7.2.2 基于远程软件的USV远程服务系统主要功能测试
7.3 基于Web的USV远程服务系统主要功能测试
7.4 小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文和取得的科研成果
致谢
详细摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于B/S模式的船舶机桨匹配远程计算平台设计[J]. 杨琨,舒佳成. 船海工程. 2017(02)
[2]混合模拟退火与粒子群优化算法的无人艇路径规划[J]. 郑佳春,吴建华,马勇,龙延. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(09)
[3]无人艇的发展趋势[J]. 张波,王磊,李英军. 科技视界. 2016(19)
[4]新型滑行艇附体优化设计试验[J]. 王来强,孙长照,许慧文. 中国水运(下半月). 2016(06)
[5]Hull form optimization of a cargo ship for reduced drag[J]. Fuxin HUANG,Chi YANG. Journal of Hydrodynamics. 2016(02)
[6]船舶智能化研究现状与展望[J]. 柳晨光,初秀民,谢朔,严新平. 船舶工程. 2016(03)
[7]“互联网+造船”,未来潮流?[J]. 钟传. 珠江水运. 2016(02)
[8]多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究[J]. 李冬琴,蒋志勇,赵欣. 船舶工程. 2015(11)
[9]舰船船型航行性能的多学科设计优化应用研究[J]. 陈伟,杨向晖,邱辽原. 中国舰船研究. 2015(05)
[10]无人船艇的发展及展望[J]. 张树凯,刘正江,张显库,刘玉. 世界海运. 2015(09)
博士论文
[1]多学科设计优化中近似模型与求解策略研究[D]. 肖蜜.华中科技大学 2012
[2]无人艇的非线性运动控制方法研究[D]. 廖煜雷.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于多学科设计优化方法的船舶水动力性能综合优化研究[D]. 冯佰威.武汉理工大学 2011
硕士论文
[1]翼滑艇艇型设计及瞬态水动力特性研究[D]. 周丹枫.江苏科技大学 2017
[2]水面无人艇运动控制系统设计与实现[D]. 田勇.大连海事大学 2016
[3]新型水面高速无人艇性能综合优化初步研究[D]. 魏子凡.江苏科技大学 2016
[4]基于CFD的高速滑行艇水动力性能研究[D]. 范伟同.大连海事大学 2015
[5]波能推进型无人双体观测艇的水动力性能研究[D]. 郑妍颖.华南理工大学 2015
[6]船舶远程电子监管系统的研发[D]. 曾勤.集美大学 2015
[7]扁平无人深潜器操纵性和快速性及能源系统优化设计方法[D]. 王蒙云.江苏科技大学 2015
[8]基于免疫克隆算法的船舶远程故障诊断研究[D]. 张国龙.大连海事大学 2015
[9]无人监测船远程控制系统的研究[D]. 王魏.浙江大学 2014
[10]船舶设计变量对船舶操纵主要水动力导数及操纵性能影响研究[D]. 李小冬.武汉理工大学 2014
本文编号：3667109
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