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《西北工业大学》 2004年
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水下航行器主体外形低阻低噪综合优化设计

秦丽萍  
【摘要】: 水下航行器外形设计的主要目标是航行器外形具有优良的流体动力性能,本文采用低阻低噪主体外形优化设计方法来进行航行器流体动力外形设计。主要研究内容和成果如下: 对航行器绕流流场进行分析,深入研究了阻力和流噪声产生机理,建立了阻力系数和自噪声的评估数值计算模型;采用物面分布源汇法和边界层动量积分法对绕流流场的流体动力参数进行计算,改进了转捩区长度和边界层位移厚度的计算,应用于航行器头部驻点自噪声的计算;最后设计了阻力系数和自噪声数值计算程序模块。 建立了航行器主体外形低阻低噪综合优化设计模型。对阻力和自噪声的多目标优化问题,首先将各目标函数无量纲化、归一化,然后采用加权的方法转化为单一目标函数进行求解。结合遗传算法,采用惩罚函数法对约束条件进行处理,设计了实数编码的模拟退火惩罚函数法优化程序模块。 以流场数值计算模块和优化程序模块开发了低阻低噪的外形优化设计程序,对航行器主体外形实现了低阻、低噪和低阻低噪的综合优化设计。将低阻优化外形和半球头原始外形、理论计算结果和风洞实验结果分别进行了比较,结果证明本文航行器主体外形优化设计取得了明显的效果,也验证了航行器主体外形优化设计所采用的理论和方法是准确可靠的。
【关键词】:航行器 阻力系数 流噪声 自噪声 边界层 转捩区
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U674
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-5
  • 目录5-7
  • 第一章 绪论7-14
  • 1.1 研究目的和意义7-9
  • 1.2 水下航行器主体外形低阻低噪设计的研究现状9-12
  • 1.2.1 水下航行器减阻降噪的方法及其特点9-11
  • 1.2.2 低阻低噪外形优化设计的研究现状11-12
  • 1.3 本论文的内容和结构安排12-13
  • 本章小结13-14
  • 第二章 航行器主体外形设计方法与几何建模14-27
  • 2.1 水下航行器主体外形及表示方法14-15
  • 2.1.1 水下航行器主体外形及主要几何参数14-15
  • 2.1.2 水下航行器主体外形的表示方法15
  • 2.2 水下航行器主体外形设计方法和几何建模15-21
  • 2.2.1 曲线族法航行器线型设计的原理15-17
  • 2.2.2 航行器的壳体外形几何建模17-21
  • 2.3 水下航行器水动力设计和外形优化设计21-26
  • 2.3.1 水下航行器水动力设计21-22
  • 2.3.2 优化设计的概念和方法22-23
  • 2.3.3 航行器的线型优化设计23-26
  • 本章小结26-27
  • 第三章 水下航行器阻力和流噪声的分析与数值计算27-49
  • 3.1 航行器阻力和流噪声机理27-37
  • 3.1.1 边界层流动分析27-30
  • 3.1.2 阻力的产生机理30-32
  • 3.1.3 阻力的计算方法32
  • 3.1.4 流噪声的机理分析和计算模型32-37
  • 3.2 航行器绕流流场和边界层求解37-45
  • 3.2.1 航行器壳体外部势流场的求解37-39
  • 3.2.2 航行器壳体边界层的求解39-43
  • 3.2.3 边界层转捩点判定和转捩区长度计算43-45
  • 3.3 航行器阻力和自噪声的计算45-47
  • 本章小结47-49
  • 第四章 基于遗传算法的航行器主体外形优化设计方法49-63
  • 4.1 遗传算法的基本概念和方法49-53
  • 4.1.1 遗传算法的特点和术语49-50
  • 4.1.2 遗传算法的设计和实现50-53
  • 4.2 水下航行器主体外形优化设计建模及分析53-56
  • 4.2.1 航行器主体外形优化设计建模53-55
  • 4.2.2 航行器主体外形优化设计的特点55-56
  • 4.3 航行器主体外形优化设计的遗传算法模型和方法56-62
  • 4.3.1 航行器主体外形优化设计多个目标函数的处理56-59
  • 4.3.2 航行器主体外形优化设计约束条件的处理59-60
  • 4.3.3 实数编码的模拟退火惩罚函数遗传算法实现60-62
  • 本章小结62-63
  • 第五章 优化设计结果及分析63-70
  • 5.1 优化设计结果与分析63-69
  • 5.1.1 优化实例163-65
  • 5.1.2 优化实例265-66
  • 5.1.3 优化实例366-67
  • 5.1.4 优化实例467-69
  • 5.2 优化设计结果与实验结果比较69-70
  • 第六章 结束语70-72
  • 6.1 全文总结70
  • 6.2 展望70-72
  • 参考文献72-75
  • 致谢75-76

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