《重水潛器多學科設計最佳化理論與方法研究》是依託上海交通大學，由趙敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：重水潛器多學科設計最佳化理論與方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙敏
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
重水潛器是一種新概念潛水器，它的主要特點是重力遠大於浮力，依靠運動過程中自身產生的流體升力來朵提頌平衡其水中重量。由於不是基於浮力材料或者壓載水艙實現水中重浮力平衡，故和常規潛器相比具有體積小，負載多，隱蔽性好的優良特性。本項目擬基於重水潛器原理樣機，研究其多學科設計最佳化理論和方法，實現重水潛器高速、長航程、高機動性的多學科設計最佳化。.基於重水潛器技術，結合多學科設計最佳化理論與方法研究是一種典型的多學科設計最佳化套用基礎研究。本項目擬在已有的重水潛器原理樣機及傳統設計方法研究基礎上，採用飛行器設計領域發展起來的解決大型複雜系統最佳化設計的多學科設計最佳化理論，結合學科精細化數值分析技術，通過設計結構矩陣建立重水潛器的多學科葛估系統模型，研究重水潛器在高速、長航程以及高機動性下多目標多學科設計最佳化理論與方法。
結題摘要
重水潛器是多個學科高度綜合的系統工程，涉及到水動力學、結構力學、能源與推進、操縱與控制等。這些學科之間相互聯繫，有的甚至相互矛盾，使得深海空間站的總照芝格精體概念設計呈現典型的“多學科”特點。本項目以重水潛器為研究對象，從驗斷辣水動力性能預報、耐壓結構最佳化設計、縱橫向穩定性、多學科系統建模及多學科最佳化設計等多方面進行了大量理論研究與實驗驗證騙船翻。1、基於CFD數值分析技術和半經驗公式開展了重水潛器縱向、橫向平面的系列化水動力特性研究，並與風洞試驗進行結果對比分析，提出適用於潛水器多學科設計最佳化的水動力性能預報方法；2、提出了基於CAE數值分析技術和根增量搜尋方法相結合的判斷方法，在最佳化過程中自動判斷模型的失穩模式，解決了環肋圓柱殼最佳化結果存在並非全局最優解的問題；此外，提出了基於水平集方法的圖像分割技術的拓撲最佳化方法，實現了水下只記凶漿耐壓殼體概念設計階段拓撲最佳化；3、通過理論研究和仿真實驗，發現縱向運動存在長短周期特性、大阻尼特性、縱傾角反饋特性、弱舵效特性及高機動性等，建立了縱向運動的穩定性衡準；橫向運動存在滾轉角反饋特性，副翼操作特性,方向舵操作特性，偏航運動過阻尼的特性等；4、基於設計結構矩陣建立了包含外形、升力阻力、能源、結構、重量和操縱與控制六個模組的多學科系統集成模型，發現其多學科設計最佳化屬於弱耦合設計問題；5、通過採用MDF/ATC/BLISCO方法對重水潛器開展多學科設計最佳化研究，發現MDF和BLISCO的計算精度高；MDF和BLISCO的計算效率高於ATC；MDF在重水潛器的多學科設計最佳化中表現出了最佳特性。項目研究結果表明，重水潛器通過多學科設計最佳化之後，綜合性能顯著提高。所提立少匙出的研究方法和結論可為今後新概念潛水器設計提供參考。
