[发明专利]一种基于灰狼群智能优化的低阻低噪便携式AUV外形设计方法

说明书

本发明提供了一种基于灰狼群智能优化的低阻低噪便携式AUV外形设计方法，其特征在于，包括：将AUV主体外形转化为外形剖面的线型设计；建立AUV外形设计数学模型，将AUV外形设计数学模型中的头部曲线段长度、头部曲线段曲线参数和尾部曲线段曲线参数作为设计变量后，通过灰狼群算法进行循环迭代，直到达到优化条件。本发明的优化后的便携式AUV具备低阻低噪的优点。

技术领域

本发明属于水下航行器领域，具体地说，涉及一种基于灰狼群智能优化的低阻低噪便携式AUV外形设计方法。

背景技术

便携式AUV有着灵活、方便携带、造价成本低等优势，受到了人们越来越多的青睐。AUV外形对AUV的所受阻力、流噪声、航行速度和流体动力布局等具有很大的影响，因此AUV外形设计是AUV总体设计中重要的一环。

水声是水下最主要的制导和探测设备的手段，而噪声会干扰水声的传播与接收，因此噪声是衡量AUV自导性和隐蔽性的重要性能参数。传统的AUV外形设计的目标通常是最小化AUV所受的航行阻力，而很少考虑了AUV的流噪声等性能。因此，许多时候设计出来的AUV在航行时产生较大的自噪声，增加了AUV被发现的可能性，减弱了AUV探测识别的能力。

在AUV主题外形设计中，首先要考虑减阻和降噪这两项基本要求。从能量学的角度出发，如果噪音降低，声音振动消耗的能量也随之减小，进而减小了AUV的航行阻力。从流体力学的角度来看，阻力的大小取决于AUV外壳流动边界层的状态与发展；转捩点位置后移、层流边界层段增长，阻力减小；压力分布峰值过高造成壳体局部产生空泡现象会增大阻力；压力峰值后面过大的逆压梯度容易造成流动分离并促使边界层转捩，从而减小层流段长度增大阻力。

事实上，阻力和噪声是两种不同的流体力学现象，两者之间存在着复杂的耦合关系，阻力最小时，噪声不一定最低。若将阻力和噪声作为两个不同目标进行AUV外形的优化设计，优化数学模型会变成非常复杂，且阻力与噪声很难同时达到最优。现有的国内外文献大多数将减阻和低噪两者中的一个作为单一目标函数，且其中绝大部分文献是进行AUV外形的减阻设计。

有鉴于此，在综合考虑AUV流噪声和航行阻力的基础上，研究多目标灰狼群智能优化方法，并对AUV的外形进行优化设计。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，将低阻低噪同时作为优化目标，建立便携式AUV外形多目标的优化数学模型，利用改进的多目标灰狼群智能优化算法对AUV外形进行优化设计，提供了一种基于灰狼群智能优化的低阻低噪便携式AUV外形设计方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于灰狼群智能优化的低阻低噪便携式AUV外形设计方法，包括：

将AUV主体外形转化为外形剖面的线型设计；

1)建立AUV外形设计数学模型如下：

w.r.t r₀(0,3),k_s1(0,12),L_h(0.1,0.18)

s(3,5),k_s1(0,28)

s.tα_e＝20°

ψ＞0.85

0.03m＞De＞0.025m

1＞G_y＞0.8

1＞G_z＞0.8 (1)