超低速小型AUV外形及流体动力布局研究

超低速自主式水下航行器（AUV）是AUV技术研究的新领域。如何在超低速（〈0.5 kn）情况下获得良好的航行稳定性能是超低速航行器技术研究的主要内容之一。针对超低速小型AUV的水下布放与回收的特点,提出了一种基于回转体外形的超低速小型航行器外形及流体动力布局设计方案,着重解决AUV在超低速航行的高稳定性要求,经过理论估算和FLUENT软件仿真验证,仿真结果满足设计要求,对深入研究低速高稳定性小型水下航行器具有重要的参考价值。     

拖曳式导航浮标对回转体UUV操纵性的影响

为了验证回转体无人水下航行器(UUV)采用拖曳式导航浮标进行卫星辅助导航的可行性,研究了拖曳式导航浮标对回转体UUV操纵性的影响。根据达朗伯原理建立了拖曳系统运动数学模型,根据动量和动量矩方程建立了回转体UUV六自由度运动数学模型,并对拖曳式导航浮标对回转体UUV操纵性的影响进行了仿真。仿真结果显示:导航浮标对回转体UUV的操纵性造成一定的影响,但回转体UUV仍可以稳定的运动;导航浮标对回转体UUV的运动参数都有一定的影响,回转体UUV的运动曲线、俯仰角、速度、角速度、攻角等参数都有一定的振荡变化,一定时间后趋于稳定;回转体UUV拖曳导航浮标运动期间,由于拖曳导航浮标系统对回转体UUV尾部有一定的作用力,造成回转体UUV的轴向速度有较大的减小。研究表明,回转体UUV采用拖曳式导航浮标进行卫星辅助导航是可行的。     

水下航行器非接触式电能传输技术研究

针对海流扰动及水下航行器定位精确度有限的问题,提出了一种适用于基站和水下航行器之间进行电能传输的电磁耦合器—环型铁氧体磁芯式电磁耦合器。应用有限元方法分析系统的磁场分布,计算间隙变化下电磁耦合器漏感和励磁电感。建立了含有补偿电容的电磁耦合器等效电路,进一步分析海流扰动下系统的电压增益和效率。应用理论模型对电磁耦合器性能进行分析,分析结果表明,环形电磁耦合器具有稳定的电压增益及效率。制作微缩模型进行试验,试验结果表明,该耦合器适用于水下航行器的非接触式电能传输。     

可靠性冗余优化设计算法研究

系统可靠性冗余优化设计涉及到非线性约束的非线性整数规划问题的求解,对算法的高效性、准确性有很高要求。针对GAG1启发式算法和现有粒子群算法在求取最优解时的局限性,结合二者的特点,提出了二者联合算法。文中最后对一并串联系统建立优化模型,根据3种算法分别编写Matlab程序并进行计算,算例结果表明了联合算法的有效性、准确性。     

基于多目标遗传算法的鱼雷多学科稳健优化设计

传统的多学科设计优化多为确定性优化,这种设计优化忽视了系统本身固有的不确定性因素,求得的最优解往往只具有数学意义,很难应用于工程实践。本文将多目标遗传优化算法与多学科设计优化方法相结合,同时考虑了稳健性对优化结果的影响,采用响应面近似方法获得系统耦合关系,通过效力系数把设计变量分配到相应的子空间中,在每一个子空间里都进行基于遗传算法的多目标优化,使各学科的模拟分析、优化设计得到并行设计。提高了优化效率。本文通过鱼雷总体多学科优化设计的算例证明了此方法的可行性。在工程实践中有一定的指导意义。     

iSIGHT在鱼雷线形优化设计中的应用研究

寻找最优设计方案是鱼雷设计的重中之重,针对目前鱼雷优化设计领域还没有一套公认的优化设计方法这一现状,提出了一套基于iSIGHT的工程设计优化方法,将这款商业软件应用于鱼雷线形优化设计中,采用了模拟退火算法+连续二次规划法的优化策略,集成流体分析软件Fluent对雷体线形的流体参数进行了计算,并与传统优化方法结果相比较,结果表明,基于iSIGHT的优化设计方法在鱼雷线形优化设计中是可行的,能够得到令设计人员满意的鱼雷线形优化方案.     

新型不同尺寸分布的脊状表面减阻特性研究

针对新型不同尺寸分布V型脊状结构,对其湍流边界层减阻特性进行了研究,根据新型脊状结构形状特殊性的特点,对其计算域、计算网格及其流动参数进行了合理化处理,采用雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型计算新型脊状表面的湍流边界层流动和粘性阻力.通过与常见等尺寸脊状表面及光滑面的对比得出,新型脊状表面具有良好的减阻效果,减阻量近15%;新型脊状结构更有利于"二次涡"的形成与发展,而"二次涡"是产生并影响减阻效果的根本原因.     

微小型水下航行体多学科稳健设计优化方法

近年来由于军事发展需要,微小型水下航行体技术发展迅速.针对微小型水下航行体设计过程中固有的不确定性和多学科性,将产品设计的不确定性设计理论和多学科设计优化理论相结合,提出了一种可用于复杂系统多学科稳健设计优化的稳健协作优化算法.以某微小型水下航行体为例,对其学科划分和稳健协作优化过程进行了分析,探讨了多学科稳健设计优化技术在微小型水下航行体设计中的应用方法.     

光滑和脊状表面湍流边界层流场对比试验研究

在低速风洞中使用热线风速仪测试了光滑表面和脊状表面同一位置处的边界层流向速度分布。对比分析湍流统计平均量发现,有减阻效果的脊状表面使近壁区流速变大、湍流度降低,但对高阶矩的影响不明显;通过计算动量损失厚度,发现脊状表面具有超过10%的减阻量。     

基于优化分析的计数抽样捡验方法

将抽样方案与质量标准结合起来,运用优化理论和Pareto非劣解排序思想,建立了以生产方风险和使用方风险为目标函数的计数抽样检验优化模型,不但充分反映了生产方风险和使用方风险之间的制约关系,而且还可避免求解繁琐的非线性超越方程组。最后通过实例分析验证了该模型的正确性、可用性。