水下滑翔机机翼构型多目标设计优化

【作者】 郝宇星； 吴宏宇； 阎绍泽；

【机构】 清华大学机械工程系； 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室；

【摘要】 作为一种低能耗自主观测平台,水下滑翔机已被广泛应用于长期海洋探测任务。由于滑翔机前进驱动力主要为作用于机翼的水动力,因此机翼构型对滑翔机综合性能影响显著。为使滑翔机更好应对复杂工作环境和满足多变任务需求,本文将开展机翼构型多目标优化。机翼构型参数包括展长与后掠角,滑翔机性能指标包括航速、静稳定性和能量利用率。首先,在不同机翼构型及攻角下开展整机计算流体力学(CFD)仿真,得到包含机翼构型参数的滑翔机水动力方程。在此基础上,推导整机稳态运动力学方程,并建立性能指标量化模型。为提高分析效率,基于响应面法建立了性能指标量化模型的代理模型。最终,以提高滑翔机综合性能为目标,结合代理模型和第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)开展优化迭代计算,得到机翼构型参数帕累托最优解集,并从中选取最优解。本文研究方法与结果将为实际工程中水下滑翔机构型设计提供一定理论指导。更多还原