水下无人航行器多目标优化设计研究进展

水下无人航行器设计具有参数多、目标性能相互耦合的特点,传统设计方法在平衡各个设计目标过程中占用过多时间和计算资源,影响设计进程。多目标优化方法通过多性能的参数化建模给水下无人航行器的优化设计提供了简洁有效的解决方案,提升了设计效率与质量。本文对多目标优化方法在水下无人航行器设计上的研究进行整理与总结,首先概述多目标优化方法的优化机理,强调水下无人航行器多目标优化设计的优势性;其次围绕外形、结构、动力推进等几个设计方向上的多目标问题,总结归纳了当前的研究进展;最后结合未来发展趋势,提出水下无人航行器多目标优化设计的发展设想,旨在为相关技术研究提供有益借鉴与参考。

核电站多功能水下打捞机器人系统研究

在核电站中,存在辐照剂量高、结构环境复杂等问题,操作人员作业时不可避免地会受到核辐射照射,对操作人员生命安全带来极大威胁。针对上述问题,研制出作业于核环境下的核电站多功能水下打捞机器人。首先,对机器人进行运动学分析,分别求解出机械手的正逆运动学方程及奇异位形;在此基础上,考虑水阻力、附加质量力以及浮力的影响,建立了机器人的水动力学模型,对机器人复杂水下动力学问题进行描述;最后,根据理论分析研制出该机器人第3代工程样机,并通过核电站现场实验对该机器人进行实验验证。实验结果表明,核电站多功能水下打捞机器人能够快速准确的完成异物抓取作业,实现核环境下的水下异物搜索与异物打捞的设计目标。

AUV总体概念设计中的多学科和多目标优化研究

针对水下自主式航行器(AUV)在总体概念设计阶段的多学科和多目标优化问题进行了研究。基于MDO的概念将AUV的设计要求分解为系统控制层和5个子系统,考虑了有效负载长度和总质量两个目标函数。采用多学科可行解方法(MDF)和多目标遗传算法(MOGA)给出了多学科的Pareto最优解,并且和经典的多目标方法进了比较。

水下航行器燃气涡轮动力系统的多目标函数优化

通过分析水下航行器燃气涡轮机主要结构参数对发动机性能的影响,给出了涡轮动力系统主要结构参数优化的数学模型,对单级、冲动式(带小反力度)、超音速、多速制的燃气涡轮机的设计实例运用遗传算法进行了多目标函数优化设计计算。

基于自适应模拟退火法的UUV艏部线型优化设计

基于多目标空间的全局搜索理论,将无人水下航行器(UUV)艏部丰满度,流体动力与流噪声作为集成判定指标的综合一体化UUV艏部线型优化设计方法。建立了针对UUV艏部外形设计的一体化设计优化模型,结合经典粘流理论、CFD算法实现了集成优化设计,针对UUV外形优化设计要求,提出了复杂外形参数化和设计变量的选取原则,并对具体算例进行外形综合仿真优化设计。结果表明,基于自适应模拟退火法能够有效实现对UUV期望目标的一体化优化设计,在相互制约的多种目标函数所组成的目标域中获得最优解,优化后UUV艏部流体动力和声学性能都有较大提高。

面向对象数据库在水下航行器总体设计中的应用

根据水下航行器部件众多的特点,文中把面向对象数据库应用在水下航行器总体设计中,并以线型设计为例,探讨了其实现的关键技术。

水下拖缆稳态运动的多目标优化研究

通过建立拖缆稳态运动的数学模型,给出运动控制方程,确定拖缆状态的6个参数,采用试验设计的方法在参数取值范围内选取样本点,对尾端拖曳深度和首端张力进行计算,建立尾端拖曳深度和首端张力的二阶多项式响应面模型。优化目标设定为尾端拖曳深度最大化和首端张力最小化,采用多目标遗传算法,给出Pareto最优解集。结果表明,参数在一定范围内,采用近似模型对拖缆优化,可以提高效率,能较为精确分析各参数对拖缆状态的影响。

深海半潜式平台锚泊定位系统优化设计

本文以某型最大作业水深2300 m的深海半潜式平台为研究对象,采用计算速度较快的频域动态分析方法与多目标优化算法相结合,对其16点锚泊定位系统的定位性能进行分析,并在现有锚泊系统配置的基础上,对锚泊系统的水下布置方案进行优化设计。通过命令流实现锚泊定位系统设计方案的大范围寻优和多目标优化,并对设计参数进行自动更新与组合,判断各参数间的相关性,驱动优化目标不断改良,找到更佳的锚泊定位系统设计方案。

海洋水下拖曳体的设计要点

针对海洋水下拖曳体设计中的工程需求,总结水下拖曳体设计与系统总成配合关系中需着重注意的功能设计,结构强度设计,水动力性能,运动稳定性,标准化、运输、抗腐蚀与拖曳安全性设计,总装与质量特性校核,拖曳系统总成和性能测试等8个设计要点。对各设计要点中的关键环节进行论述,提出设计、制造及检测过程中需侧重解决的问题。

烟台市套子湾污水处理厂排海管道施工技术概论

介绍了烟台市套子湾污水管道设计,管道施工特点,探索海底大口径法兰对接管道施工方法;包括:1)管道设计2)管道施工3)钢管下水拖带4)水下法兰对接5)

水下拖曳系统收放绞车设计

介绍了某水下拖曳系统收放绞车的设计过程,对工作原理、组成结构、强度校核、电机及减速器选型等进行了说明,为水下拖曳系统收放绞车的设计提供了借鉴。

海洋水下拖曳系统的安全设计与应急处置方法

为了满足海洋水下拖曳系统对海上作业的安全性需求,介绍基于收放系统所进行的安全设计与应急处置方法。为保障收放过程中的安全,给拖曳绞车配置扭矩传感器、接近开关等检测设备,并为控制阀设计了闭环检测功能。在海上拖曳作业期间,针对不同情况设计了相应应急处置程序以保证作业安全。湖、海试验表明:该系统的安全设计与应急处置方法达到设计目的,能够保障本系统安全运行。

水下航行器燃气涡轮动力系统的总体优化设计

通过分析水下航行器燃气涡轮机主要结构参数对发动机性能的影响,给出了涡轮动力系统主要结构参数优化的数学模型,对单级、冲动式(带小反力度)、超音速和多速制的燃气涡轮机的设计实例运用遗传算法进行了多目标函数优化设计计算.