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变体多航态船概念设计与航行性能优化
| 论文题名： | 变体多航态船概念设计与航行性能优化 |
| 关键词： | 变体多航态船;概念设计;航行性能;多目标优化 |
| 摘要： | 针对特定背景和需求，提出变体多航态船概念，结合传统船舶设计方法与多学科设计优化方法，经概念设计和多目标优化，以较高效率和质量获得航行性能优异的最终方案。 通过对应用模式的特征拆解与分析，综合利用船舶和潜水器设计原理与规范，开展具备水上、水下航态和三体、单体形态的变体多航态船设计，总结出此类新概念船型的设计流程与分析方法，并验证不同航态与形态的浮性、稳性以及转换等合理可行，保留一定设计冗余，从功能实现和衡准限制角度给出可行但非优的初始方案。 围绕变体多航态船关键特征，确立变体机构相关的设计参数，以侧体纵向切削长度、收拢状态主/侧体中心纵向间距、展开状态主/侧体中心横向间距和艉封板纵向间距为设计变量，将多航态航行性能分解至稳性、浮性、快速性、耐波性和总布置五个学科，分别以GZ曲线下至30°角的面积（水上稳性）、水下初稳心高（水下稳性）、水下纵倾力矩、巡航速度下总阻力、迎浪巡航时单位波幅下纵摇运动响应最大幅值（共振）和设计变量间约束函数为状态变量，计及学科间耦合作用，以稳性、浮性和总布置为系统级约束，水上快速性、耐波性和额外的水下稳性为优化目标，明确优化模型的系统层次和数据传递形式，构建基于多学科可行方法的多目标优化框架。 根据学科和船型特征，明确各学科变量间的关联、设计参数与约束条件的范围以及优化目标的倾向，分别选用针对性方法进行各学科计算分析与合理表达。在初始方案的基础上，水上稳性直接通过建模分析，水下稳性和浮性依据装卸载荷原理分析，快速性和耐波性利用CFD方法分析，其中前三者经过全因子设计构建响应面模型，后两者经过优化拉丁超立方设计构建径向基神经网络模型，总布置学科则利用几何原理将设计变量间关系表示为显式函数。 利用Isight将优化框架和学科模型进行集成，以第二代非支配排序遗传算法搜索，实现对初始方案的多目标优化，并利用单目标优化进行对比验证，在Pareto前沿中以快速性优先的原则选取变体多航态船最终优化方案，较之初始方案，各方面航行性能均得到不同程度的提升。 |
| 作者： | 赖昱兴 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 高良田 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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