基于CFD近似模型的水下航行器節(jié)能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，路上資源的日益枯竭，儲(chǔ)量巨大且豐富的海洋資源越來(lái)越受到人們的重視。自治水下航行器，又稱自治水下機(jī)器人(AUV，Autonomous Underwater Vehicle)作為海洋資源探測(cè)的重要工具擁有無(wú)可替代的作用。由于AUV在水下作業(yè)時(shí)不能與母船有任何方式的連接，所以要在有限的空間內(nèi)攜帶盡可能多的能源并執(zhí)行盡可能長(zhǎng)的探測(cè)工作。現(xiàn)代探測(cè)任務(wù)需要更遠(yuǎn)的搜尋距離和更長(zhǎng)的探測(cè)時(shí)間，這就要求AUV具備更加優(yōu)秀的節(jié)能性。在

2、AUV的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)中，首要影響因素是艇體的阻力性能。因此，進(jìn)行主艇體的阻力優(yōu)化設(shè)計(jì)是最直接有效的節(jié)能優(yōu)化方法。也就是說(shuō)，AUV的阻力節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)有較高的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　水下航行器節(jié)能優(yōu)化方面的研究離不開計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD，ComputationFluid Dynamic)和智能優(yōu)化算法的支持。然而CFD計(jì)算阻力同樣需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，智能優(yōu)化算法則需要在所選空間內(nèi)進(jìn)行大量的搜索迭代來(lái)尋求最優(yōu)解，因此需要引入計(jì)算耗時(shí)

3、更短的近似模型來(lái)代替CFD，最后通過(guò)近似模型組建優(yōu)化平臺(tái)得到最優(yōu)節(jié)能艇型。
　　首先，比較了經(jīng)驗(yàn)公式、CFD計(jì)算和模型試驗(yàn)三種阻力方法的優(yōu)勢(shì)和不足。通過(guò)對(duì)比二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格計(jì)算回轉(zhuǎn)體阻力，驗(yàn)證二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格方法的正確性。再對(duì)比兩組經(jīng)驗(yàn)公式、CFD計(jì)算和模型試驗(yàn)的阻力結(jié)果，驗(yàn)證CFD算法的準(zhǔn)確性。
　　其次，研究試驗(yàn)設(shè)計(jì)和三種近似模型的理論和方法，并組建集成艇型生成、網(wǎng)格劃分和CFD阻力計(jì)算為一體的自動(dòng)化近似模型

4、生成平臺(tái)。對(duì)比RSM模型、RBF模型和Kriging模型三種近似模型，分析主要參數(shù)響應(yīng)規(guī)律和誤差結(jié)果。建立四組航速下的四階RSM模型，對(duì)所有模型進(jìn)行加權(quán)擬合，得到多航速下的擬合模型，擬合模型可適用于多航速的直航阻力優(yōu)化。
　　最后，搭建近似模型智能優(yōu)化平臺(tái)，采用三種智能優(yōu)化算法進(jìn)行阻力最小和排水量最大的節(jié)能優(yōu)化。比較MIGA算法、ASA算法和MOPSO算法三種智能優(yōu)化算法，評(píng)價(jià)優(yōu)化結(jié)果的好壞及原因。采用MIGA算法進(jìn)行定排水量、定