基于SVR近似模型的潜水器外形优化

流体仿真软件在船舶与海洋结构物概念设计阶段应用广泛。针对潜器外形设计过程中,仿真分析往往需要耗费大量的时间成本,无法直接与优化器结合的问题,本文研究基于支持向量回归机（Support Vector Regres-sion, SVR）的潜器外形优化方法,包括拉丁超立方试验设计选取样本点、基于 ICEM的潜器参数化建模和网格自动划分、基于 Fluent的阻力计算及 SVR模型的构造。采用改进的粒子群算法求解潜器外形优化设计问题,得到了阻力性能优良的潜器外形。     

基于序贯Kriging模型的潜器型线优化设计

潜器型线优化设计是一个多目标优化问题,在型线设计过程中,阻力性能与包络体积的要求是相互冲突的。为了解决计算流体力学软件如Fluent在进行潜器的外形优化设计时效率低下问题,采用Kriging模型代替仿真模型进行潜器外形设计的策略,其基本思想是：选取设计变量和样本点,利用ICEM软件建立参数化的水动力分析模型,用Fluent软件计算得到样本点的阻力响应值,建立反映设计变量与响应之间关系的Kriging模型,将阻力和体积作为潜器外形优化的两个目标,利用多目标遗传算法求出Pareto最优解。由于采样策略对Kriging模型精度影响很大,本文提出了一种新的序贯采样方法命名为加权累积误差方法,来选取样本点以提高Kriging模型精度。结果表明提出的序贯Kriging建模技术能极大提高潜器型线优化设计效率,同时保证设计精度。     

载人潜器阻力性能的数值计算和模型试验及船型优化

采用多块结构化网格对某载人潜器模型周围计算区域进行网格离散,采用Realizable k-ε湍流模型对潜器周围绕流场进行数值模拟.在船模拖曳水池中进行载人潜器模型不同艏向角和垂直上升及下潜航行时的阻力试验.将阻力的数值计算结果与试验值进行对比,两者的偏差在可接受范围内.考虑载人潜器主体的舯纵剖面的二维外形,用多岛遗传算法对其粘性流场的阻力数值计算结果进行船型的一体化优化,得到二维阻力最小的优化外形.将舯纵剖面外形的优化结果应用到三维载人潜器主体,比较优化前后的主体阻力.数值计算结果表明,载人潜器主体外形优化前后阻力的优化收效在30%以上.     

基于MOGA的潜器快速性和操纵性综合优化研究

基于Pareto解的多目标优化方法NSGA-II应用至潜器的快速性与操纵性综合优化设计之中。通过回转体潜器阻力性能的数值计算结果建立了阻力的近似计算模型,并与系列模型试验结果进行了比较;通过估算潜器的水动力系数,根据水平面线性运动方程得出水平面操纵运动稳定性和机动性的衡准指标。优化后,得到了阻力与回转直径的Pareto最优解的散点图,设计者可针对不同需求的潜器,从中进行选择,保证了Pareto最优解对应的每一艇型设计方案在满足操纵性要求下阻力最小,或在该阻力值的条件下操纵性最优。     

基于CFD的潜器外形优化

潜器的外形对于其总体性能非常重要,而传统的外形设计方法难以满足优化设计的需要。通过对潜器外形特点的分析,建立其外形几何表达式,并以排水量和浮心纵向位置建立约束方程。该数学模型生成的外形方案可以满足性能要求,减少设计过程中的重复,同时还解决了优化所需的方案集的难题。通过建立优化代理机制,可减少数值模拟计算次数;拟合函数的极值求取,又可为优化指明方向;最后,可采用计算流体动力学(CFD)数值模拟对优化的结果进行验证。     

载人潜器阻力的数值计算方法分析

采用多块搭接结构化O型和H型网格对某载人潜器周围控制域进行网格离散,分别采用四种不同的湍流模型,并改变自由来流湍流强度的设置,对潜器周围绕流场进行数值模拟,得到了适于对潜器周围绕流场进行数值模拟的方法,获得较可靠的阻力等计算结果.将阻力计算结果与试验值进行对比,得出采用不同湍流模型进行数值计算时自由来流湍流强度的改变对于计算结果的影响.分析得出适于潜器阻力计算的湍流模型以及相应自由来流湍流强度的取值,为潜器的阻力预报提供了可行的数值计算方法,为潜器的阻力性能优化奠定了基础.     

缆控布放大型负浮力潜器稳态仿真

采用集中质量法建立缆绳稳态分析模型,对不同海流、潜器负浮力和推进器推力下的缆索系统进行了仿真分析.结果表明,高海流环境下潜器的水下偏移距离可达数百米.在大深度布放时,缆绳受到的海流力远大于潜器的受力,潜器阻力优化对提高布放精度的改善有限.增大负浮力可显著减小水下偏移量,但是随着负浮力的增加,其效益递减.潜器偏移量随着推进器推力的增加线性减小,通过插值得到了回到布放点所需的推进器推力,作为推进系统的设计输入.在推动潜器回到布放点的过程中,缆绳张力变化微小,垂向距离海底高度始终在30m以上,具有较大的安全范围.     

潜艇导弹包型线优化设计研究

潜艇导弹包的外形对潜艇各种航行性能都有重要影响,各个国家对潜艇导弹包的外形设计都非常重视。本文以SUBOFF潜艇为母型,首先对导弹包进行参数化,基于CFD技术与iSIGHT优化平台,运用试验设计方法创建计算样本,然后引入响应面技术构造潜体总阻力与导弹包参变量之间的近似函数,并在此基础上采用现代优化算法,以总阻力最小为优化目标寻优,确定最优点设计参数,同时分析了阻力随各设计参数变化的规律。     

海底沙波对潜器水动力性能的影响

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学（CFD）方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D> 5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

水下维修载人潜器运动仿真

操纵性是载人潜器的重要性能,通过载人潜器的运动仿真可以对于载人潜器的操纵性进行评估,本文以水下维修载人潜器为研究对象,建立了载人潜器空间六自由空间运动数学模型的基础上,利用Matlab的S-function建立了基于Simulink的载人潜器控件运动仿真系统,进行了载人潜器运动仿真,为运动控制系统设计提供了重要依据。