多学科优化理论的水面无人艇综合性能优化设计分析 (2)

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第一章绪论1

1.1研究的目的及意义.1

1.2USV研究现状.2

1.2.1USV国内外研究对比分析..2

1.2.2小水线面双体船国内外研究现状..6

1.2.3船舶及USV综合优化研究现状7

1.3本文主要的研究内容和步骤以及研究方法.9

第二章小水线面双体无人艇航行性能综合优化数学模型...10

2.1引言...10

2.2小水线面双体船航行性能综合优化数学模型...10

2.2.1设计变量10

2.2.2航行性能优化目标函数12

2.2.3航行性能优化约束条件16

2.2.4总目标函数17

2.3本章小结...17

第三章FINE/Marine数值模拟计算...18

3.1FINE/Marine数值模拟阻力计算...18

3.2FINE/Marine数值模拟计算分析...24

第四章优化算法25

4.1优化方法...25

4.2传统优化方法...25

4.3智能优化方法...26

4.3.1遗传算法26

4.3.2复合形算法29

4.3.3混沌优化算法30

4.4本章小结...30

第五章综合性能优化..32

5.1引言...32

5.2综合优化计算分析...34

5.2.1遗传算法优化计算34

5.2.2混沌算法优化计算37

5.2.3典型设计变量对优化结果的敏感性分析38

5.2.4并行策略改进算法40

5.2.5外部分层混合算法41

5.3本章小结...43

第六章总结与展望...44

6.1论文工作总结44

6.2论文工作展望44

致谢...46

参考文献.49
第一章绪论 1.1 研究的目的和意义自工业革命以来的几个世纪里，陆地资源已被人类开发枯竭，所以很多人都说二十一世纪是海洋的世纪。人类社会在二十一世纪所需要面临的主要发展问题就是海洋问题，世界人口呈爆发式增长，地球陆地资源已无法满足人类日益增长的需求，其中的很多不可再生资源，如煤炭、石油、天然气的开采年限都只剩下短短的几十年，人类未来的生存发展将面临前所未有的挑战。我国虽然幅员辽阔，陆地面积广，自然资源含量丰富，但人口基数大，人均资源拥有量远低于世界平均水平，因此海洋成了我们的另一块“陆地”。我国是一个临海国家，拥有的海岸长度居世界第四位。按照国际法和《联合国海洋公约》的规定，我国管辖的海域面积可达 300万平方公里，为陆地面积的三分之一。海洋中蕴藏着丰富的生物、矿产、能源等资源，可为人类持续发展提供宝贵的资源。海洋同时也是人类科学技术进步发展的平台，是物种起源、生物多样性研究、全球气候变暖等重大科研项目的天然实验室。随着近几年海上能源安全和国家领土主权完整问题的涌现，世界各国的战略重心开始向海洋转移，把海洋推向了新的战略高度，因此海洋成为了“兵家必争之地”。最近几年我国领海主权频繁遭受邻国的滋扰，因此增强我国的海上军事作战实力，捍卫国家领土主权完整，建设新型海洋强国已刻不容缓，开发一些新型智能化的海上舰艇平台势在必行。水面无人艇作为一种新型的智能海上作战平台，凭借其独特的优势受到了人们的青睐。水面无人艇（unmanned surface vessel，简称 USV），是一种可以通过智能化控制实现无人操作的水面舰艇平台[1]。它主要用于代替人类去执行一些危险的或者人类无法完成的任务。只要给其配备相应的设备，就可以执行各种军事和非军事任务，如，军事勘察、情报收集、排雷、反潜作战以及常规巡逻、打击海盗、打击恐怖势力；海上搜救、船舶导航和水文地理监测等。近年来，USV的技术开发有了长足的发展并且有相当一部分已经投入实际生产源[自-751*`论/文'网·www.751com.cn。水面无人艇的技术研发是一项复杂精细的工程，技术推广难度较大，所以目前世界各国已建造的水面无人艇的用途主要在军事上，民用的比较少。USV 的研发能推动军事、国民经济、水文测量、科学研究等领域的发展。随着世界各国战略重心不断向海洋转移，拥有强大的军事实力，就能在海洋世界中寻得一份立足之地，因此世界各国纷纷投入到 USV 的研发中，并且取得了一些丰硕的成果，开发出了许多新型的、先进的、智能的水面无人舰艇。水面无人艇作为一种新型的智能海上作战平台，在未来战争中具有举足轻重的地位。作为探索海洋和军事作战中的新型水面无人系统，水面无人艇的速度和续航能力是评价其性能优劣的基本指标。具备较长的续航能力可以在水面上进行长时间作业，减少返回陆地的次数，提高执行任务的效率。不仅如此，增强 USV 的快速性可以让它在作战中无论是进攻还是防御都拥有更大主动权，在战争中不至于被敌方侦察到或者击沉。 1.2 USV研究现状 1.2.1 USV国内外研究对比分析伴随着军事科技的发展，作战方式也在渐渐发生改变，无人作战是现代及未来武器装备的发展趋势之一，受到了各国的重视，并在海/陆/空等多维领域涌现出了各种各样的无人系统，如出现在空中领域的无人机平台（UAV），在陆地战争中发展起来的无人地面平台（UGV），