基于分层优化策略的一站式保障资源性能指标联合优化方法

[目的]为提高舰载机保障效率,开展一站式保障模式下航空保障资源性能指标的优化设计研究。[方法]建立以最小化保障时间为目标的舰载机甲板作业调度模型,将航母舰面航空保障资源性能指标视为满足区间约束的自变量,构建双层优化模型;基于分层优化策略,采用哈里斯鹰优化算法求解性能指标问题,设计改进的引力搜索算法（GSA）求解甲板作业调度问题。[结果]通过多种典型任务场景的算例仿真,得到了不同出动模式下的最优资源配置方案与保障作业调度方案,验证了求解算法的有效性。[结论]利用所提出的方法可以有效求解一站式保障资源性能指标与保障作业调度的联合优化问题,为一站式保障资源的配置优化提供了一定的理论支撑。     

基于整数线性规划方法的舰载机航空保障资源优化调度

[目的]为了优化舰载机航空保障资源调度问题,[方法]根据航空母舰(简称航母)舰载机机群航空保障流程特有的串行、并行、柔性特点以及舰载机的起飞顺序,基于整数线性规划方法,建立航空保障资源优化调度的混合整数线性规划模型,利用CPLEX的混合整数线性规划求解器和改进的差分进化算法对资源调度模型进行求解。然后,以"福特"级航母舰载机出动机群保障流程为例进行仿真计算。[结果]结果表明,CPLEX的混合整数线性规划求解器和改进的差分进化算法均可用于求解,但存在求解精度和收敛速度上的差异,需根据实际出动规模和计算需求对计算方法进行选择。[结论]建立的舰载机航空保障资源优化调度模型可以有效指导航空保障资源的优化调度。     

基于改进禁忌搜索算法的舰载机保障作业调度

[目的]舰载机出动能力是航母综合作战能力的重要指标,而舰载机保障作业调度将直接影响舰载机的出动能力,因此对舰载机保障作业进行合理调度能有效提高航母的作战能力。[方法]通过将舰载机保障作业调度问题转换成车间作业调度问题,建立保障作业调度模型。对传统禁忌搜索算法的初始解、搜索策略和禁忌列表长度进行改进,以减少最大完工时间为目标,提出一种改进的禁忌搜索算法来求解该模型。[结果]通过实验仿真验证了改进的禁忌搜索算法对于舰载机保障作业调度问题的适用性,且该改进算法在计算速度和优化结果方面均优于传统禁忌搜索算法。[结论]改进禁忌搜索算法可以有效地对舰载机保障作业调度问题进行求解。     

舰载机典型调运方案推演与时序优化

[目的]为提高舰载机甲板调运效率,开展舰载机调运路径与时序的快速规划研究.[方法]建立一种基于网络拓扑结构的调运路径快速规划方法,引入舰载机运动模型和轨迹跟踪控制方法,建立仿真推演模型.以典型出动回收作业为例探讨舰载机调运约束条件、调运原则以及优化目标,提出一种调运时序快速优化方法.[结果]仿真推演结果显示,优化算法可...     

基于多目标遗传算法的飞行甲板参数化设计优化方法

飞行甲板是航母总体设计的关键和难点,开展飞行甲板设计优化对提高航母的甲板布列、舰载机的出动回收能力等总体设计具有重要意义。为解决飞行甲板设计变量、评估要素众多而带来的总体设计的复杂性和多样性,提出一种全参数化的飞行甲板建模方法,并采用多目标遗传算法,建立飞行甲板多目标设计优化的数学模型和算法。研究表明:飞行甲板参数化模型可准确构建飞行甲板的外形方案,结合多目标遗传算法可有效实现飞行甲板多方案的自动评估和优化,获得多目标优化的前沿解。     

一种航母甲板作业快速调度算法

针对舰载机飞行作业期间,航母甲板上的各种保障作业具有高度的时间紧迫性、不确定性和动态性,研究舰载机甲板作业的优化调度问题,建立舰载机甲板作业调度问题的组合优化模型,设计求解该问题的启发式规则,将基于启发式规则获得的解作为禁忌搜索算法的初始解,通过摄动策略增强解的质量。仿真结果表明本文提出算法的有效性,且与普通TB、SA算法比,具有收敛速度快、目标函数值更优的特点。     

舰载机高强度作业流程仿真研究

舰载机高强度出动回收作业是航母最大作战能力的集中体现,其对甲板资源、舰载机调度等均有很高要求。为系统研究舰载机高强度出动回收作业流程和舰载机调度策略,本文建立了基于随机过程和线性策略的流程调度仿真模型,实现了舰载机自主调度。基于Matlab开发了仿真程序,与美国高强度演习记录的对比表明,该仿真模型精度可靠。研究了2种不同的调度策略,仿真结果表明,调度策略对于舰载机作业安全影响较大,对出动架次率影响不大。     

基于闭排队网络的弹射器数量配置方法

弹射器配置数量对舰载机出动回收能力有很大影响,因此,在航母设计初期多方案论证阶段,弹射器的数量配置是必须考虑的关键问题之一。针对舰载机起飞过程的排队特点以及整个出动回收过程的闭环特点,基于排队理论建立舰载机出动回收过程的闭排队网络模型,分析弹射器数量对出动回收能力的影响,分析结果可用于支撑弹射器的数量配置设计方案。为验证模型的有效性,采用"高强度"演习中F/A-18舰载机的数据作为参数输入,结果显示模型计算分析结果与"高强度"演习结果一致。     

航空母舰飞行甲板作业及弹药转运系统分析

飞行甲板作业是影响舰载机出动架次率的重要因素之一,而在飞行甲板作业中,弹药供应始终是一个难题。针对美国现役"尼米兹"级航母的使用特点,重点分析国外航空母舰飞行甲板作业的任务组成与时序,论述弹药转运系统的基本组成与流程,提出弹药需求量与弹药转运能力的匹配问题,最后总结美国"福特"级航空母舰新型弹药转运系统的特点,验证了弹药转运系统研究的必要性。     

基于状态变迁图的舰载机出动能力分析

为了研究“尼米兹”级航空母舰的舰载机出动能力目标与航空保障能力需求之间的复杂关系,首先根据舰载机的航空保障作业流程抽象出6个状态,并采用状态变迁图描述其任务剖面;其次,由舰载机出动指标推演出航空兵力的任务剖面,根据任务剖面绘制相应的状态变迁图;最后,基于状态变迁图分析甲板作业、调运作业等航空保障能力需求.实例表明,状态变迁图是一种系统分析的有效工具.     

航母机库飞机调运线路数字化设计方法初步研究

通过对栅格解耦法、设定节点法和线路段落划分法这三种方法进行分析，比较了其优缺点，得出航母机库内舰载机的调运线路可采用线路段落划分法。在结合图例的基础上，说明了机库内舰载机调运线路的设计以及线路的优化筛选，从而得出了几条最佳调运线路。同时，也提出了一些需进一步解决的问题：需研究用计算机处理技术来实现布列方案与线路段落划分法方案的智能化接口、采用数字化处理技术来实现调运线路全集表的制作并进行优化筛选。     

内压下矩形耐压舱内部结构优化设计

[目的]为有效降低内压下矩形耐压舱板架弯曲应力,[方法]分别提出内压下矩形耐压舱内部平台位置和支柱布局以及尺寸优化设计数学模型。以内部平台垂向位置作为设计变量,极小化横纵舱壁结构的最大弯曲应力,采用遗传算法求解,得到最优的内部平台布置位置,其优化结果接近垂向均布。支柱设计采用分级优化设计方法,先以等刚度支柱位置作为设计变量,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,分别得到不同支柱数量下的最优布局方案;然后依据应力约束条件选取支柱数量及布局,在此基础上进一步以支柱截面尺寸作为设计变量,以基础优化方案的重量作为约束,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,得到不等刚度支柱最优截面尺寸。[结果]其优化结果显示偏中心区域支柱截面积更大。最终优化设计方案较初始方案,横舱壁、纵舱壁和顶甲板弯曲应力分别降低了28.3%,25.7%和13.9%。[结论]本优化设计方法可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

简化护卫舰的尾流场优化研究

小型舰船在航行中，机库后方产生的不稳定回流区会影响舰载机在甲板上的作业。为了改善舰面流场，保障舰载机在甲板上的安全起降，基于改进的简化护卫舰外形（MSFS），首先结合计算流体力学和人工神经网络方法，预测不同的机库长度L和宽度W对应的回流区大小，建立两种神经网络下的回流区响应面，然后在该响应面上使用粒子群算法得到优化的舰船结构。结果表明：回流区长度随着L和W的变化呈现出明显的非线性变化；与数值模拟结果相比，误差逆传播神经网络得到的回流区长度最大相对误差约为0.9%，径向基函数神经网络得到的最大相对误差约为2.2%；两种神经网络下得到的预测回流区响应面在整体上较为相似，且在两个预测响应面上优化得到的最小回流区长度都为1.93H，和数值模拟结果之间的相对误差约为0.5%。     

基于层次任务网络的舰载机任务规划

航空母舰舰载机任务规划问题涉及复杂的资源约束、时态约束、操作规范及设备使用限制,且任务间相互耦合,是一类非确定性难(NP-hard)问题。其计算复杂度随问题规模呈指数增长,采用常规数学建模和求解方法很难解决。针对舰载机任务规划问题,考虑任务的层次性特征,以及时间和空间约束导致的资源冲突,设计资源状态更新机制,提出层次任务网络(Hierarchical Task Network,HTN)规划算法。算例分析结果表明,该规划方法可以充分考虑资源与时间约束,快速为多个带有截止期限的飞行任务提供可行的行动方案。     

大型滚装平台车辆出动回收全流程研究

为了解决滚装平台上车辆出动回收过程中车辆布置、路径规划和转运调度问题,提出基于二维排样和RRT技术的布列和路径规划方法,应用流程推演技术、循环冗余检测技术和敏感度分析技术,对车辆出动回收流程的流程规划和敏感度分析。经过算法优化,获得车辆出动回收的最优路径;敏感度分析表明,装载流程中“车辆人员系留”节点对全流程的敏感度影响最大,其次为“发动机暖机检查”。以出动回收总时间最短为主要目标,构建出动回收全流程仿真模型,建立了车辆出动回收全流程方案。     

基于事件的舰载机出动回收作业流程建模方法

为构建基于舰载机出动回收作业流程剖面分析规范化的合理逻辑模型,采用IDEF0设计框架及Petri网工具对其进行离散事件建模,搭建工程经验与仿真模型间的桥梁。根据工程经验,依照面向过程的IDEF0设计框架,理清舰载机出动回收作业流程中各组件系统间的信息交互和互操作关系,完成活动模型,以明确该流程中的事件触发规则和顺序,并根据活动对应变迁、信息流对应库所的原则,构建舰载机出动回收作业流程Petri网模型,形成工程研制者及仿真研发者均能接受的舰载机出动回收作业流程逻辑仿真模型,该Petri网模型也可直接应用于舰载机出动回收作业流程离散事件系统的功能仿真。     

矩形耐压舱预应力支柱优化设计

[目的]为有效降低矩形耐压舱顶甲板的弯曲应力,[方法]提出在耐压舱内部设置预应力支柱。首先,给出支柱布局及尺寸已定的情况,以支柱预应力为设计变量,顶甲板板架弯曲应力为目标函数,建立考虑支柱应力约束的支柱预应力最优配置数学模型;然后,进一步将支柱位置作为设计变量,进行支柱布局及其预应力配置优化设计;最后,在预应力优化结果的基础上提出一种降低支柱结构重量的设计思路。[结果]优化结果表明,合理配置支柱的预应力,在支柱重量不增加的前提下顶甲板板架弯曲应力值降低了21.6%;进一步优化后,最终的支柱优化设计方案使顶甲板板架弯曲应力进一步降低了16.0%。[结论]研究结果可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

改进自适应惯性权重粒子群算法及其在核动力管道布置中的应用北大核心CSCD

[目的]旨在研究非线性自适应惯性权重粒子群优化算法,实现船用核动力一回路系统管道路径的布置优化设计。[方法]根据船用核动力一回路系统的管道布局设计特点,建立一回路系统的管道布局空间模型、约束条件和评价函数;基于管道节点数量,提出一种粒子群优化(PSO)算法的新型定长编码方法,然后结合该编码方法建立方向引导机制;在此基础上,针对粒子群优化算法易陷入局部最优解、收敛速度慢的缺点,结合辅助线性变化的学习因子,提出一种基于非线性自适应惯性权重的改进粒子群优化算法;将改进粒子群优化算法与协同进化算法相结合,提出一种用于求解分支管道布局问题的协同进化粒子群优化算法,以用于核动力一回路系统的管道布局优化。[结果]仿真结果显示,所提的改进算法与标准算法相比收敛速度提高了40%~50%,不仅能够得到更好的管道布局效果,还解决了标准粒子群优化算法容易陷入局部最优解的问题。[结论]研究成果可为船用核动力一回路系统管道布置的优化设计提供有益的参考。     

轮印载荷下多跨梁装载方案聚类分级方法

[目的]快速、准确地对大量装载方案进行分级,获得对结构设计要求相近或决定结构设计的装载方案,对装载甲板多跨梁结构设计具有重要意义。[方法]提出一种轮印载荷下多跨梁装载方案分级方法。对于给定的多跨梁结构与装载对象,首先整理出可能的装载方案,通过轮印载荷下多跨梁最危险工况分析方法,求解每种装载方案下多跨梁的最大弯矩、最大剪力和最大挠度;然后将这些计算结果作为装载方案的样本特征,通过XB指数与模糊C均值(FCM)算法,将装载方案进行分级。分析三跨梁和四跨梁跨距比、惯性矩比对分级结果的影响。[结果]计算结果表明,不同结构方案多跨梁分级结果并不完全一致,但等跨等刚度多跨梁分级结果用于不等跨距或变惯性矩多跨梁的结构响应计算,与实际最危险工况结果间的误差小于2%。[结论]分析的多轮印载荷下多跨梁装载方案之间的关系可为多轮印载荷下装载甲板结构设计提供参考。     

舰船维修器材紧急调运保障模型优化研究

根据器材紧急调运的特点和要求，着重分析时间因素的求解，建立基于各器材保障强度总和最大的器材调运优化模型，并用遗传算法进行求解，示例表明用遗传算法解决该问题是方便可行的。