多学科优化设计在水下无人航行器设计中的应用研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学博士学位论文多学科优化设计在水下无人航行器设计中的应用研究博士研究生：王建指导教师：庞永杰教授学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造哈尔滨工程大学2016年5月万方数据万方数据分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学博士学位论文多学科优化设计在水下无人航行器设计中的应用研究博士研究生：王建指导教师：庞永杰教授学位级别：工学博士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2016年1月论文答辩日期：2016年5月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegre

2、eofD.EngApplicationofMulti-disciplineDesignOptimizationmethodfordesignofUnmannedUnderwaterVhiclesCandidate:WangJianSupervisor:Prof.PangYongjieAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureDateofSubmission:Jan.,2016DateofOralExamination

3、:May.,2016University:HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作

4、的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据多学科优化设计在水下无人航行器设计中的应用研究摘要水下无人航行器（Unm

5、annedUnderwaterVehicle，UUV）是具有典型多学科特性的高技术集成系统。在其设计与优化过程中，需要考虑艇型、结构、能源、推进、操纵、控制及总布置等诸多学科的因素影响。传统的螺旋设计模式人为地忽视了学科间的协同与制约效应，大大地降低了UUV总体设计效率和性能。多学科优化设计（Multidisciplinarydesignoptimization，MDO）能充分考虑整体与学科、学科与学科之间的耦合关系，以并行的方式组织管理整个设计过程，协调解决设计过程中出现的矛盾，可以在较短的时间内获得系统最优设计方案。本文以某小型海底地形地貌探测水下无人航行器为研究对象，引入多学科优化设计的

6、现代设计模式，展开了多学科优化设计方法在UUV设计领域中的应用研究。论文主要完成了以下工作：（1）在对三种经典近似模型的对比分析的基础上，进行了多参数径向基神经网络解耦近似模型（RBF-HDMR）的拟合精度研究。选取了代表不同类型的工程问题的数学算例，研究了二阶响应面模型、克里金模型（Kriging）和径向基函数模型所构建出的近似模型的预测精度；另选取了三种高维非线性数值算例和UUV设计领域中耐压壳的可靠性优化与设计案例，研究了RBF-HDMR解耦近似模型对高维非线性问题的预测精度和工程实用性。（2）在并行子空间设计方法（ConcurrentSubspaceDesign，CSD）的基础上结合不

7、确定性分析方法和优化算法，展开了不确定性多学科优化设计方法的研究。提出了基于并行子空间设计的不确定性多学科优化设计方法；通过对减速器和UUV艇型推进能源一体化设计两个工程算例，测试了该方法的多学科可靠性优化设计和稳健多学科可靠性优化设计能力。（3）研究了水下无人航行器的学科分解与参数化建模分析方法。根据设计分工和工程实践特点把UUV总体设计分解为7个子学科；分析总结了各学科的建模与分析方法，并重点