目錄 叢書前言一 叢書前言二 前言 1 AUV設計概述 1 1.1 AUV的基本概念 1 1.2 AUV的主要用途、工作模式及特點 1 1.2.1 AUV民用領域主要用途 1 1.2.2 AUV軍事領域主要用途 2 1.2.3 AUV工作模式 2 1.2.4 AUV主要特點 3 1.3 AUV系統組成及功能 4 1.3.1 智能規劃與運動控制系統 5 1.3.2 導航定位系統 7 1.3.3 能源系統 9 1.3.4 推進與操縱系統 15 1.3.5 通信系統 19 1.3.6 任務載荷 22 1.3.7 水面監控系統 24 1.4 AUV主要特性和參數 25 1.5 AUV設計的各個階段 27 1.6 AUV總體設計過程 28 參考文獻 31 2 AUV總體設計基礎 33 2.1 AUV方案設計 33 2.1.1 艇型選擇 33 2.1.2 阻力估算 34 2.1.3 能源與動力選擇 38 2.1.4 推進與操縱方式選擇 40 2.1.5 總布置設計 41 2.2 AUV流體動力設計 42 2.2.1 AUV動力學和運動學模型 42 2.2.2 操縱性 49 2.2.3 艇體型線設計 54 2.2.4 舵翼設計 58 2.2.5 螺旋槳設計 62 2.3 AUV結構設計 64 2.3.1 總體結構布局 64 2.3.2 非耐壓結構設計 66 2.3.3 耐壓結構設計 69 2.4 AUV性能預報 75 2.4.1 操縱性能預報 75 2.4.2 續航力性能預報 78 2.4.3 靜水力性能預報 81 參考文獻 83 3 AUV性能分析方法 86 3.1 AUV艇體水動力性能分析方法 86 3.1.1 基于半經驗公式的性能分析 86 3.1.2 基于計算流體力學的性能分析 91 3.1.3 基于約束模型試驗的性能分析 103 3.2 AUV結構性能分析方法 112 3.2.1 基于規范的耐壓結構性能分析方法 112 3.2.2 基于有限元分析的結構性能分析方法 122 3.3 AUV螺旋槳推進性能分析方法 129 3.3.1 基于勢流理論面元法的螺旋槳推進性能分析 129 3.3.2 基于計算流體力學方法的螺旋槳推進性能計算 139 3.3.3 槽道槳推進性能分析 145 3.4 AUV舵翼水動力性能分析方法 149 3.4.1 單獨舵板的水動力性能分析方法 149 3.4.2 艇體和螺旋槳對舵翼水動力性能的影響分析 151 3.5 AUV續航力性能分析方法 157 參考文獻 159 4 AUV設計方案評價 161 4.1 AUV設計方案評價意義和內容 161 4.1.1 設計方案評價意義 161 4.1.2 設計方案評價內容 162 4.2 AUV設計方案綜合評價準則 163 4.3 AUV設計方案綜合評價方法 166 4.3.1 層次分析法 166 4.3.2 綜合評估法 167 參考文獻 169 5 工程優化理論與算法 170 5.1 優化設計的數學基礎 170 5.1.1 *優化問題的數學模型 170 5.1.2 多元函數 172 5.1.3 凸集與凸函數 174 5.1.4 *優化問題的求解方法 176 5.2 傳統優化方法 179 5.2.1 梯度法 179 5.2.2 復合形法 180 5.2.3 懲罰函數法 183 5.3 現代優化方法 188 5.3.1 遺傳算法 188 5.3.2 粒子群優化算法 191 5.3.3 模擬退火算法 193 5.4 多目標優化方法 195 5.4.1 統一目標函數法 195 5.4.2 多目標進化算法 197 5.5 試驗設計與近似模型 201 5.5.1 試驗設計 201 5.5.2 近似模型 202 參考文獻 212 6 AUV結構性能優化方法 214 6.1 結構性能優化概述 214 6.1.1 結構優化的發展 214 6.1.2 結構優化的方法 216 6.1.3 AUV結構性能優化 216 6.2 基于參數化有限元的結構優化方法 217 6.2.1 參數化設計的基本方法 217 6.2.2 參數化有限元分析方法 218 6.2.3 結構優化過程 219 6.3 耐壓結構的優化方法 220 6.3.1 圓柱殼結構性能近似模型的建立 221 6.3.2 殼體參數對結構性能的影響分析 224 6.3.3 圓柱殼結構的優化結果 226 參考文獻 227 7 AUV水動力性能優化方法 228 7.1 AUV水動力性能優化的研究進展 228 7.1.1 主艇體形狀優化研究現狀 228 7.1.2 附體布局優化研究現狀 229 7.2 基于計算流體力學的艇型優化方法 230 7.2.1 回轉體艇型阻力計算 230 7.2.2 回轉體艏艉形狀對阻力性能的影響分析 233 7.2.3 回轉體艇型優化過程 236 7.3 基于近似模型的艇型優化方法 241 7.3.1 近似模型的建立過程 242 7.3.2 優化過程及結果分析 243 參考文獻 244 8 AUV螺旋槳和舵翼的優化設計 246 8.1 基于近似模型的螺旋槳優化設計 246 8.1.1 螺旋槳優化問題描述 246 8.1.2 基于近似模型的優化策略 247 8.1.3 近似模型的建立 248 8.1.4 優化結果與分析 250 8.2 基于近似模型的舵翼優化設計 252 8.2.1 舵翼優化問題描述 252 8.2.2 近似模型的建立 253 8.2.3 優化結果與分析 254 參考文獻 254 9 AUV多學科設計優化方法 256 9.1 多學科設計優化的基本內容 256 9.1.1 多學科設計優化的研究概況 256 9.1.2 多學科設計優化的基本概念 260 9.1.3 AUV總體多學科設計優化 262 9.2 AUV多學科設計優化的關鍵技術 265 9.2.1 復雜系統的分解方式 265 9.2.2 學科分析與建模方法 266 9.2.3 多學科設計優化過程 266 9.2.4 多學科設計優化的集成環境平臺 268 9.3 多學科設計優化在AUV總體設計中的應用 269 9.3.1 AUV的基本形式及設計要求 269 9.3.2 AUV多學科設計優化數學模型的建立過程 271 9.3.3 AUV多學科設計優化結果 282 參考文獻 291 索引 293 彩圖