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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
| 论文题名： | 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 |
| 关键词： | 扁平大型无人深潜器;快速性;操纵性;能源系统;多学科优化设计 |
| 摘要： | 无人深潜器的设计系统包含了多个学科，其设计过程较为复杂。传统的设计方法是按照概念设计、初步设计、详细设计等步骤分阶段进行的，设计过程中需要反复调整和修改，设计效率低，成本高，而且由于没有考虑到不同学科之间的耦合关系，设计出来的深潜器的整体性能未必最优。本文通过将多学科优化设计方法引入深潜器设计中，以某一扁平大型无人深潜器为设计目标，将设计系统分解成快速性、操纵性和能源系统三大学科，综合考虑了各学科间的耦合效应，进行了深潜器多学科综合优化设计的应用研究。论文的研究工作总结如下： 1．对扁平大型无人深潜器主艇体进行了初步设计，通过基于CFD的阻力计算分析发现，初步设计的艇型的阻力性能并非最优，有待进一步优化。 2．进行阻力优化系统设计：基于响应面方法，采用全因子试验设计方案，建立了81个艇体几何模型，共405个试验点；用Fluent14.5软件进行CFD数值模拟得到对应的艇体总阻力；采用无量纲分析方法，拟合得到艇体总阻力系数的响应面方程，并对响应面的精度进行分析，再根据航速和艇体表面积计算出艇体总阻力。接着进行了推进优化系统设计。最后综合考虑深潜器的阻力与推进性能，建立了深潜器快速性系统的优化数学模型。 3．选取了垂直面和水平面运动性能指标共8个作为操纵性指标，并进行极端假设和边缘试算，确定了相应的隶属度函数；通过模糊评判的专家咨询法确立了各项性能指标的权重；构建了较为完备的深潜器操纵性系统优化数学模型。 4．能源系统耗电包括设备电和动力电，电池箱需要满足深潜器系统的电压需求，也要满足深潜器能源需求和能源舱的几何约束，选取设备电和动力电的电路效率、能源储备系数和能源舱的能重比为能源系统优化指标，建立了深潜器综合优化系统。 5．介绍了优化设计的基本概念；同时详细介绍了比较常用的优化方法：遗传算法、混沌算法、并行方法和分层方法。 6．基于深潜器的3个性能系统建立了扁平大型无人深潜器的综合优化数学模型，开发了深潜器性能综合优化软件。利用该优化软件对扁平大型无人深潜器进行了重点设计变量的敏感度分析，以及不同目标函数、不同优化方法、不同目标权重的对比分析。得出一套最优的扁平大型无人深潜器综合优化方案，并得到最终优化结果。 |
| 作者： | 王蒙云 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 杨松林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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