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舰船悬臂结构隐身与动力特性优化
| 论文题名： | 舰船悬臂结构隐身与动力特性优化 |
| 关键词： | 封闭式桅杆;雷达反射截面;进化算法;舰船悬臂结构;动力特性;整体隐身性能 |
| 摘要： | 全封闭式桅杆系统是水面舰船的重要雷达反射源，直接影响到舰船的整体隐身性能。同时，全封闭式桅杆的结构形式十分复杂，若在船舶环境激励作用下发生共振，会导致桅杆及其承载的精密仪器的使用寿命和正常工作受到影响，此时再对动力特性进行改善就变得十分困难。因此在舰船封闭式桅杆设计初期阶段，针对其进行外形的雷达隐身优化和内部支撑结构的频率禁区优化是非常有意义的。 首先，对桅杆隐身特性和动力特性的计算与优化方法理论进行深入研究:归纳和分析了常用的电磁反射计算方法，基于三角面元建模对物理光学积分法的实现进行理论推导和程序编写，研究了已有的四种飞行器隐身性能评估标准，并将这些评估标准引入舰船隐身评估中;以Mindlin板弯曲理论为基础，对四结点四边形等参板单元进行推导，并对包含该等参单元的加筋板模型的固有模态进行计算和分析;对遗传算法和进化策略进行介绍和对比，分别利用编写的遗传算法程序和已有的进化策略算法，实现了对悬臂结构的隐身性能优化和频率禁区优化。 其次，以英国45型驱逐舰的桅杆设计为例，对威胁区域内RCS的最大值σmax、平均值σavg、雷达检测平均概率(P)d及大于临界RCS值概率Pcr这四种隐身评估标准进行研究。基于特定的雷达探测条件，对该八边形桅杆的RCS分布进行预估，散射结果分析显示桅杆围板的镜面反射是桅杆系统主要散射源。以本文引入的四种隐身性能评估标准，对不同围板倾角下的桅杆模型隐身性能进行多重评估，结果表明原桅杆隐身设计是较为合理的，同时也验证了四种评估标准对桅杆隐身性能评估的可行性。 进而，分别以不同的评价指标为目标函数，利用自适应遗传算法，对该封闭式桅杆的形状特征参数进行优化，优化结果表明:各目标函数优化后的桅杆隐身性能均有提升，且RCS分布具有一定的相似性;当分别以σmax、(P)d和Pcr为目标函数时，最优外形设计均近似为四边形桅杆;只针对特征角度的RCS值优化是无效的;在解决桅杆隐身外形优化这类复杂问题时自适应遗传算法显示出较高的收敛性。 最后，以外形隐身优化后的桅杆为研究对象，建立内部支撑结构，并确定频率禁区范围，在面板厚度和加筋位置固定的情况下，以桅杆加强筋的总质量为目标函数，利用进化策略算法，对已规格化的加强筋型号进行频率禁区优化。最终在几何外形满足隐身最优的基础上，得到了一个质量最轻且加强筋分布满足频率禁区要求的桅杆设计方案。 |
| 作者： | 杜晓佳 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 洪明;杨飏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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