全绿色能源双体无人艇艇型设计及能源布置分析(2)

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2.2建立小水线面双体船综合优化数学模型.7

2.2.1设计变量.7

2.2.2目标函数..9

2.2.4总目标函数15

2.3本章小结16

第三章优化算法.17

3.1引言...17

3.2优化方法17

3.2.1遗传算法....17

3.2.2粒子群优化算法..19

3.2.3混沌算法....19

3.3本章小结20

第四章小水线面双体船阻力计算.22

4.1引言...22

4.2建立几何模型..22

4.2.1.确定船型主要参数：.22

4.2.2建立几何模型.23

4.3FINE/Marine求解过程...24

4.3.1软件介绍....24

4.3.2HEXPRESS划分网格....24

4.3.3FINE/Marine计算结果....25

4.4本章小结31

第五章综合优化结果分析...32

5.1引言...32

5.2优化计算32

5.3最佳优化的设计变量结果...37

5.4本章小结.37

第六章能源布置方案论证...39

6.1引言...39

6.2能源布置方案..39

6.2.3太阳能电池板的布置设计.39

6.2.2能源论证分析..40

6.3本章小结41

第7章总结与展望...42

7.1论文工作总结..42

7.2论文工作展望....42

参考文献....44

致谢....47

第一章绪论 1.1 研究的目的和意义 21 世纪是海洋世纪，在全球范围内大规模开发、利用、争夺海洋资源是这个时代的主题。十六大中提出的“实施海洋开发”正是在这样的时代背景下作出的一项重大战略决策。愈演愈烈的海洋权益之争，尤其是近些年，领土纷争冲突不断甚至进行到了白热化的程度，就在这个大背景之下，各海上强国给了无人艇高度的重视和热情，都在开展无人艇的研究竞赛。而，中国的黄海、东海、南海三大海系冲突不断升级，领土纷争危机重重，也与各周边国家也因为海洋资源的问题摩擦不断，无人艇的研究开发已经迫在眉睫。水面无人艇（USV ，unmanned surface vessel），简称无人艇也通常被称为智能水面巡航艇，是可以实现无人操控自主航行的水面舰艇[1]。无人艇主要被用于执比较行危险、困难、枯燥以及人无法执行的任务。这种小型水面艇，只要配备了先进的控制系统、智能系统、通信系统和攻击系统，巡逻、侦察、监视、反恐攻击等危险任务无人艇都能顺利独立完成[2]。虽然，近几年水面无人艇的技术发展迅速，是各国研究的热点。它的研制主要被用于军事方面，民用领域很少涉及。由于不需要人员操作，无人艇可以深入到环境非常恶劣的水域和危险的地方，可以有效地保障士兵人员的人身安全减少伤亡。维护海上安全，保护海洋权益，尤其在海上冲突不断的今天，水面无人艇的价值越来越明显。目前的无人艇的智能优程度较高，可以在海面上自主航行，进行障碍规避。无人艇将是决定未来海军力量的重要成员[3] 。
本文以小水线面双体船为基本船型，通过查阅相关资料确定了船舶的相关船尺寸参数，进行了几何计算建模、网格划分以及数值模拟计算，并计算艇体的阻力。其次，确定了快速性、耐波性、操纵性、太阳能布置的数学模型，并通过改写程序完成优化计算软件，通过比较不同优化算法和机制确定了最优船型。最后进行绿色能源方面的布置分析。1.2 绿色能源小水线面无人双体船研究现状 1.2.1 水面无人艇国内外的发展现状目前，智能无人艇的发展十分迅速，开展无人艇研制工作的主要有美国、以色列、欧洲、日本等国，而且美国和以色列有一些型号的无人艇甚至已经装备了部队。反雷、反潜、电子战、搜救、跟踪和情报收集等多功能无人水面艇是各国争相研究的项目。当然，在无人艇研究和应用领域，美国和以色列掌握的技术最好，我国还在刚起步阶段。（1）美国：美国在无人艇研究方面一直处于领先地位。2001 年美国开始的第一艘无人艇“斯巴达侦察兵”硬体像皮艇[4] ，它属于美国的海军国防项目。美国海军并提出一套完整的无人作战系统，该系统涵括了无人地面车、水面高速无人艇、无人水下潜艇和无人机等一系列无人装备。 “斯巴达侦察兵” 是一艘无人作战系统的 “概念验证”无人艇，它被用来确定在未来战争中这些无人装备的真正实用价值[5]。 “舰队级”号船长有12 米，航速可达到 35 节，源[自-751*`论/文'网·www.751com.cn/还能携带 2.3 吨装备，可运转 48 小时。 “舰队级”号目前已经打造了4艘， 2015 年已经具备初始作战能力，可用执行反雷、反潜、打击海盗等多重无人作战任务。（2）以色列：以色列是一个注重减少士兵伤亡的国家，很早就开展无人舰艇的研究。2003 年，以色列“保护者”号无人水面艇由拉斐尔武器设计局研制，该艇不仅具有“斯巴达侦察兵”特点，还增加了隐身功能，主要参与执行部队的保护、海上的反恐作战和侦查等任务 [5]。“保护者”号尺寸较小，长仅 9米，排水量 4 吨，航速可达50 节，它的机动性高，隐蔽性强。 2014 年，以色列航空航天工业公司研制出了的新一代无人艇“KATANA”，它配备了可自主航行的自动导航系统和自动防撞系统，智能化程度还是比较高的。它能在保护专属经济区、海上边界等大范围内执行多种任务，目前主要用于海上巡逻，保卫海上安全。