论文部分内容阅读
随着人工智能和信息技术日渐成熟,越来越多的无人装备代替有人装备执行危险任务,无人艇作为一种新型水上装备,通常肩负在恶劣海域勘测,侦查,收集信息,营救等任务,所以对无人艇的需求越来越大,对于无人艇性能的要求也越来越高。无人艇需要拥有在高海况下工作的能力及恶劣海况下生存的能力。因此在无人艇设计中对于耐波性和自扶正能力的要求越来越高。自动优化设计可以减轻设计人员的工作负担及设计成本,各国船舶设计工作者都在不断探索自动优化方法在无人艇设计上的应用。因此本文对具有自扶正功能的单体无人艇自动优化设计方法展开研究。本文通过对相关软件二次开发和集成调用实现了无人艇自动优化,并针对无人艇自扶正功能,高海况下水动力仿真,优化模型求解策略等关键技术进行了讨论及分析,主要内容如下:首先分析无人艇自扶正功能的实现方式后,选择使用自扶正甲板实现自扶正功能。甲板部分自动优化设计与艇体部分自动优化设计不同,所以将无人艇艇型与无人艇自扶正甲板的自动优化分开实现,在进行无人艇自动优化时的流程是先进行无人艇艇型自动优化设计,然后基于优化后的艇型对无人艇自扶正甲板进行优化设计。无人艇艇型自动优化方法基于ISIGHT软件实现。使用NXUG进行参数化建模,使用STARCCM对模型耐波性和波浪阻力进行评估,使用EXCEL对STARCCM计算结果进行后处理,使用ISIGHT软件通过simcode模块将NXUG和STARCCM与EXCEL集成在一起实现自动化运行。研究模型耐波性的数值模拟方法,使用重叠网格评估无人艇耐波性,基于实验数据检验该数值模拟方法的准确性。以无人艇纵摇角度最小,无人艇重心处垂向加速度最小和无人艇波浪阻力最小为优化目标来构建优化模型,使用组合优化策略求解优化模型并得到最优艇型。无人艇自扶正甲板基于已得到的最优艇型进行设计。无人艇自扶正甲板自动优化方法同样基于ISIGHT软件实现。通过EXCEL对MAXSURF软件进行二次开发,从而实现MAXSURF MODELER与MAXSURF STABILITY自动化运行,并使用ISIGHT软件集成调用。同时对现有自扶正设计进行分析,提出自扶正甲板设计方法。最后,以甲板风阻和90-100°横倾角和170-180°横倾角下的扶正臂平均值为优化目标构建优化模型,使用组合优化策略求解优化模型。以某7m级USV自扶正甲板的形状优化为例,验证了设计方法和优化过程的有效性。该方法为不同类型无人艇自扶正甲板的自动优化设计提供了一种解决方案。总的来说,本文以具有自扶正功能的单体无人艇自动优化设计方法研究为主,提出了无人艇的自动优化设计方法,无人艇自扶正甲板的自动优化设计方方法和自扶正无人艇自动优化方法,并通过对一艘7m级无人艇实例优化验证所提出的自动优化方法的有效性和可行性。使用组合优化策略作为求解优化模型的求解策略,并通过与其他算法对比来验证组合优化方法的高效性。为无人艇自扶正甲板设计提供和自扶正无人艇自动优化设计提供参考。