一种水面无人艇艇型概念设计及综合性能优化分析

发布时间：2017-08-04 02:01

  本文关键词：一种水面无人艇艇型概念设计及综合性能优化分析

  更多相关文章： 小水线面单体水翼复合艇 无人艇 航行性能 综合优化 数学模型 并行遗传复合形 纵向稳定性

【摘要】：近年来，由于陆地资源的紧缺，海上资源的陆续开发，水面无人艇的发展越来越受到各国的重视。小水线面船作为水面无人艇家族的新型成员，其艇型设计方法仍然是采用传统的艇型设计方法，即通过选型论证，经过理论的反复计算、推导、修改而最终定型，这样不但增加了设计者的工作量，而且使得设计周期加长，还容易使得设计者一般情况下得不到最优的船型。根据船舶设计原理，通过对小水线面单体船的研究，增加水翼，初步构造了一型无人艇艇型——小水线面单体水翼复合艇。针对无人艇的功能，利用多目标优化分析的方法对上述艇型进行了优化设计。 首先，本文根据单体小水线面水翼复合艇的特点，对其设计变量进行选择，并且根据设计的规范确定了其综合优化的约束条件，在对航行性能中快速性和操纵性（回转性和直线稳定性）综合考虑后，建立了水面无人艇航行性能的综合优化数学模型。 其次，本文在遗传算法、复合形算法和混沌算法等基础算法的基础上，通过加入分层并行思想构建了新的优化算法，基于C++编写了优化程序；并最终选取分层并行遗传复合形算法作为本文的最终优化算法，经过大量优化计算，，取得了综合性能最优的单体小水线面水翼复合艇船型参数，而且还探讨了不同目标权重分配以及不同目标函数组合下的优化结果。 最后，本文利用上述优化得到的结果根据母型船改造法设计了水下部分的型线，并且本文还对单体小水线面水翼复合艇的稳定性做了初步的分析，其中重点分析了该艇的纵向稳定性，通过计算，得出了该艇的纵向稳定性满足要求。 综上所述，本文主要是考虑单体小水线面水翼复合艇的航行性能，通过对快速性和操纵性的分析，确定了设计变量、约束条件、数学模型；然后本文对其进行大量的优化计算，并对结果进行了相应的分析，最终优化结果表明该优化方法具有高效性、可靠性，最后还对纵向稳定性做了初步的分析。为以后的单体小水线面水翼无人艇航行性能的优化建模，提供了基础平台。
【关键词】：小水线面单体水翼复合艇 无人艇 航行性能 综合优化 数学模型 并行遗传复合形 纵向稳定性
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.77
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 引言13-14
• 1.2 本课题的目的和意义14-16
• 1.2.1 无人艇的简介14
• 1.2.2 本课题研究的实际意义14-15
• 1.2.3 本课题研究的理论意义15-16
• 1.3 无人艇的国内外研究概况16-21
• 1.3.1 无人艇的国外研究现状16-19
• 1.3.2 无人艇的国内发展现状19-21
• 1.3.3 无人小水线面单体水翼复合艇研究现状21
• 1.4 多目标优化设计研究现状21-23
• 1.5 本文的主要研究内容23-24
• 第2章 单体小水线面水翼复合艇的综合优化数学模型24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 艇型概念设计24-25
• 2.3 单体小水线面水翼复合艇航行性能优化数学模型25-34
• 2.3.1 航行性能优化设计变量25-26
• 2.3.2 航行性能优化目标函数26-34
• 2.4 约束条件34-35
• 2.5 航行性能综合优化数学模型35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 优化设计原理及优化算法36-47
• 3.1 引言36
• 3.2 优化设计原理36-38
• 3.2.1 优化设计的数学模型36-38
• 3.2.2 迭代计算的过程38
• 3.3 遗传算法38-41
• 3.3.1 基本原理38-39
• 3.3.2 计算流程39-40
• 3.3.3 并行遗传算法40-41
• 3.4 复合形算法41-43
• 3.4.1 基本概念41
• 3.4.2 计算流程41-42
• 3.4.3 复合形算法优化改进42-43
• 3.5 混沌算法43-44
• 3.5.1 基本概念43
• 3.5.2 计算流程43-44
• 3.6 分层并行算法44-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第4章 单体小水线面水翼复合艇航行性能综合优化分析47-62
• 4.1 引言47
• 4.2 综合优化程序47-51
• 4.3 综合优化计算分析51-61
• 4.3.1 优化目标函数权重52
• 4.3.2 基础优化算法计算52-53
• 4.3.3 并行优化算法计算53-55
• 4.3.4 分层优化计算55-56
• 4.3.5 分层并行优化算法计算56-58
• 4.3.6 不同目标权重的优化计算58-60
• 4.3.7 不同目标函数的优化计算60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 单体小水线面水翼复合艇型线设计及稳定性初步分析62-68
• 5.1 引言62
• 5.2 型线设计62-64
• 5.3 稳定性分析64-67
• 5.3.1 静水中的纵向运动方程64-67
• 5.3.2 纵向运动稳定性分析67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 论文工作总结68
• 6.2 论文工作展望68-70
• 参考文献70-73
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他研究成果73-74
• 致谢74

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本文编号：617243