[发明专利]水下自航行器外形优化方法

说明书

技术领域：

本发明属于水下机器人技术领域，特别是涉及一种水下自航行器外形优化方法。

背景技术：

传统水下机器人的设计是一种串行设计，经常凭借设计者的个人经验和才智，从已有的水下机器人类型中选取母型，确定其初步的主尺度和结构形式，在之后的完善过程中不断地人工修改优化，直到设计出一台满足任务要求的、主尺度和排水量达到最佳的水下机器人。这种传统设计方法需要在整个设计过程中进行大量的反复性修改，导致周期过长、耗资巨大的缺点。

随着学科理论知识、计算机技术及现代优化方法的发展，水下机器人的设计呈现了综合运用建模软件、计算流体力学(computationalfluiddynamics，CFD)软件、优化软件的新特点。随着多学科多目标优化方法(Multi-objective/MultidisciplinaryDesignOptimization，MDO)在众多领域的优异表现，水下自航行器工程设计领域也将会越来越重视这种有效的优化方法，期望采用多学科、多目标综合设计模式来提升水下自航行器的总体设计水平，进一步实现其水动力性能的提高。

起源于GE的ISIGHT是功能强大的计算机辅助优化(ComputerAidedOptimization，CAO)平台，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、电子领域的零部件、子系统优化，以及复杂产品多学科设计优化。对于复杂的仿真流程，用户可以通过ISIGHT集成和管理，并且通过多种优化算法可以探索得到优化方案，从而降低研发成本，缩短产品研制周期。

发明内容：

为了解决水下自航行器外形传统优化方法周期过长、耗资巨大的缺点，本发明提出一种水下自航行器外形优化方法。该方法采用ISIGHT多学科优化设计平台搭载优化算法一NSGA-II遗传算法，整合SOLIDWORKS、GAMBIT、FLUENT三大集成模块实现数据交换以进行水下自航行器外形的建模、仿真，实现水下自航行器外形优化方法设计过程的高效自动化，确定最佳设计参数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水下自航行器外形优化方法。其特点是采用以下步骤：

步骤一：水下自航行器的半椭圆回转体线型的头部(1)长度、中段(2)长度和抛物线回转体线型的尾部(3)长度为设计变量，水下自航行器全长为约束条件。将设计变量写入VBS脚本文件中，由脚本文件和自启动SOLIDWORKS的批处理文件GoSolidworks.bat直接驱动SOLIDWORKS来完成水下自航行器参数化模型的构造并自动保存一个可用于网格划分的AUV.step文件。

步骤二：创建自启动GAMBIT的批处理文件GoGambit.bat实现GAMBIT执行的命令流文件mesh.jou的读取；mesh.jou命令流文件自动执行对步骤一中所述AUV.step文件的网格划分和边界条件设定并自动导出一个可用于水动力计算的AUV.msh文件。

步骤三：创建自启动FLUENT的批处理文件GoFluent.bat实现FLUENT执行的命令流文件solve.jou的读取；solve.jou命令流文件自动执行对步骤二中所述AUV.msh文件的求解器、湍流模型、初始条件以及流体特性等计算设置的自动设定并自动编辑一个水动力计算结果文件output.dat。

步骤四：从步骤三中所述的output.dat文件中读取水下自航行器阻力系数Cd与最大排水量V，结合水下自航行器阻力系数Cd与最大排水量V设定目标函数：

Minimize：

Objective=ΣWiXiSFi]]>

其中

X₁＝MinimizeCd；X₂＝MaximizeV