第３３卷第８期 ２０１ １年８月 舰船科学技术 Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．８ Ａｕｇ．，２０１ １ ＳＨＩＰ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ 潜艇结构快速设计研究 黄镇熙 ，王祖华 ，蒋德民 （１．武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉４３００６４；２．渤船造船厂集团有限公司，辽宁葫芦岛１２５００４） 摘 要： 介绍了采用Ｓｙｓｗａｒｅ平台对潜艇结构快速设计模块的设计与开发。主要介绍采用参数化的设计界面 利用规范计算公式、迁移矩阵法计算程序及板架与刚架的计算程序对潜艇基本结构实施快速优化设计及计算报告的 快速替换。本快速设计模块，输入方便直观、前后处理功能强、计算正确、快速、实用，为实施潜艇结构快速设计方案， 提供了强有力计算工具。 关键词： 潜艇；快速设计；模块；迁移矩阵法 中图分类号： Ｕ６６１．４；Ｕ６７４．７６ 文献标识码： Ａ 文章编号：１６７２—７６４９（２０１１）０８—００５８—０５ ＤＯＩ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１１．０８．０１３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕｉｃｋ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＨＵＡＮＧ Ｚｈｅｎ．ｘｉ ，ＷＡＮＧ Ｚｕ—ｈｕａ ，ＪＩＡＮＧ Ｄｅ．ｍｉｎ （１．Ｗｕｈａｎ Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｈｉｐ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｂｏｈａｉ Ｓｈｉｐｙａｒｄ Ｇｒｏｕｐ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｕｌｕｄａｏ １ ２５００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｗｅ ｈａｖｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｌｅｒｉｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｂｙ ｄｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ“ｓｙｓｗａｒｅ”ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ａｐｐｌｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ ｗｉｔｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗｅ ｈａｖｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｔｒｕｅｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｐｅｅｄｉｎｅｓｓ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｒｅｐｏｔ ｔｈａｔ ｕｓｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａｓ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｕｃｉｆｏｒｍ ｇｉｒｄｅｒ ａｎｄ ｒｉｇｉｄ ｆｌａｍｅ．Ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｏｄｕｌｅ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｏｄｕｌｅ ｉｓ ｐｏｗｅｒｆｕｌ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ， ｆａｓｔｉｓｈ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｔｈｅ ｍｏｄｕｌｅｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｑｕｉｃｋｌｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｕｂｍａｒｉｎｅ；ｆａｓｔ ｄｅｓｉｇｎ；ｍｏｄｕｌｅ；ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔｈｏｄ ０ 引 言 潜艇是一种非常复杂的武器装备，它的研制涉及 不同的专业优化设计与各专业互相协调，因此研制周 方面对飞机快速设计起步较早，较早地形成了飞机总 体综合设计平台、飞机协同设计平台、大型客机总体 设计平台、导弹总体方案设计平台系统等管理系统、 工程协同和成果管理系统研究平台。其他行业中，文 期较长。潜艇结构设计是潜艇研制的一个重要环节， 献［２］采用参数化设计方法对内燃机部件进行快速 设计，文献［３］对客车车身结构的快速设计进行了设 计开发。从众多文献研究可以看到，快速设计已经成 它的设计输入主要来自总体协调的结果，随着设计的 不断深入及总体协调更新，经常要修改某些设计输 入，因此潜艇结构快速设计一直是潜艇结构设计者梦 寐以求的追索目标。从现有文献研究来看，国内潜艇 结构快速设计的研究报道不多，文献［１］利用ＵＧ软 为各行业的研究潮流，各行业正在利用快速设计技术 缩短设计开发周期，节约能源和成本。我所与索为公 司合作，利用Ｓｙｓｗａｒｅ平台对潜艇结构快速设计进行 了设计开发，已开发了几十个子模块与组合模块。 件平台对鱼雷壳体设计进行了二次开发，而航空工业 收稿日期：２０１１—０６—２３ 作者简介：黄镇熙（１９４３一），男，大学，研究员，研究方向为舰船结构。 第８期 黄镇熙，等：潜艇结构快速设计研究 ・５９・ １ 结构子模块设计开发 １．１结构子模块综述 参数对应的模块自身参数中，最后在用户界面中设置 参数文本框（用于参数的说明）、标签文本框（用于填 写参数的值）及添置说明示意图即可。 １．３ 一般计算型结构子模块的设计开发 一利用Ｓｙｓｗａｒｅ平台对已有的结构计算程序进行 包装形成有参数化设计界面及简图的页面（简称用 户界面），只要输入结构参数就能完成某一功能的结 般计算型子模块除了参数较多外与工具型子 模块无多大的差别。对该类模块的开发，与上述子模 块一样。如果该模块不需要对其他模块传递参数，只 需传递输出文件就不必对输出文件进行解析，只需将 构计算，并产生结果文件，这就形成了最简单的子模 块。子模块中的计算程序不限定算法语言的种类，只 要有输人数据、可执行程序及输出文件就行。对输人 数据限定为非人机对话型，可为整数、实数和数组。 子模块必须设参数，凡是在输入输出中用到的数据都 必须列为参数。从功能来分，结构子模块可分为工具 型、一般计算型、接力计算型、自带优化计算型和计算 报告替换型。工具型主要用于截面惯性矩等剖面模 数的计算，常用的有：带附连翼板的Ｔ型截面的惯性 矩计算、带附连翼板的型材截面的惯性矩计算、带肘 板和附连翼板的Ｔ型截面的惯性矩计算及型材截面 与等效的Ｔ型截面转换等。一般计算型主要用于某 一功能的结构计算，例如板的强度计算、板的稳定计 算、带２根水平大梁的内部平面舱壁大梁计算、内部 平面舱壁中垂直加强材的计算等。接力计算型主要 用于需要对计算程序进行前后处理的程序。例如板 架、刚架的强度计算、耐压壳凹凸角区域强度计算、舱 壁加强环强度计算等。自带优化计算型主要用于计 算程序中已含有优化的计算结果。例如圆柱壳舱室 的强度与稳定优化计算等。计算报告替换型用于计 算报告的自动生成。例如舱壁计算报告、围壳计算报 告、耐压船体计算报告等的自动生成。 １．２ 工具型结构子模块的设计开发 上面提到工具型子模块主要用于截面惯性矩等剖 面模数的计算，因此它要求简单、明了、直观等。一般 要求在用户界面上就能看到所需要的计算结果。另 外，该子模块还经常用于给其他模块传递参数，故要求 将需传递的数据设为输出参数。例如在图１所示带附 连翼板的Ｔ型截面的惯性矩计算子模块中，截面面积 Ａ、截面形心高ｙｍ 、截面惯性矩．，、截面剖面模数 、 静矩ｓ、剪切剖面模数 等计算结果也是输出参数。 当面板厚度、宽度等参数确定后，单击预览按钮就会立 即在用户界面显示输出参数的值。对该类模块的开 发，首先需要添加输入文件、输出文件及可执行程序， 其次对输入文件中进行文件解析，将每一输入参数与 模块自身的参数实施映射操作，并对输出文件也进行 文件解析，将每一输出参数实施抽取操作存放在与该 输出文件设为输出参数即可。 图１工具型计算子模块 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｔｏｏｌ—ｔｙｐｅ ｓｕｂｍｏｄｕｌｅ 图２一般计算型子模块 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓｕｂｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ ｇｅｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ １．４接力计算型结构子模块的设计开发 接力计算型子模块除了输人文件、输出文件及可 执行程序和参数较多外，与一般计算型子模块无多大 的差别。其差别主要是由可执行程序的数量不同所 引起的。该类模块中的主打可执行程序往往是一些 通用程序。例如板架（即交叉梁系）计算程序，它需 要很多输入参数，如节点总数、单元总数、荷载总数、 每一节点的坐标位置、每一单元的节点号等数据，数 量太多，不方便一一输入。它需要１个板架输入数据 的前处理程序，能大大简化输入参数，只要输入垂直 梁的间距、水平梁的间距、垂直梁与水平梁的惯性矩 ・６０・ 舰船科学技术 第３３卷 及板架计算压力等就可用前处理程序生成板架的输 人数据，再用板架计算程序生成含每个节点的弯矩、 剪力的结果文件。但这样的结果文件看起来还是很 麻烦，需要人工找出每根梁的最大弯矩与剪力，再分 别与该梁的截面剖面模数 …、剪切剖面模数 相 除得到每根梁的最大弯曲应力与剪应力。它还需要 １个板架输出数据的后处理程序，该程序以板架的输 出文件作为它的输入文件，再输入含每根梁的截面剖 面模数 …及剪切剖面模数 的输入文件，就可直 接输出每根梁的最大弯矩与剪力。这类模块要执行 多个可执行程序及生成多个输出文件，可直接得出最 终结果，在快速设计中能大大提高工作效率。除板架 程序外，在迁移矩阵计算模块中也需添加前后处理程 序。在潜艇结构计算中常用迁移矩阵法计算耐压船 体凹凸角区域的应力与位移。该计算方法虽然很有 用但由于需输入的数据太多，需添加前后处理程序后 才能真正体现快速设计。Ｓｙｓｗａｒｅ平台使得这一切都 很方便，一切都会有条不紊地进行。对该类模块的开 发，与一般计算型基本一样，其不同点是要规定多个可 执行程序的执行次序，重点是前后处理程序的开发。 １．５ 自带优化计算型结构子模块的设计开发 自带优化计算型子模块是指该模块自带优化算 法，虽然Ｓｙｓｗａｒｅ平台可与ｉｓｉｇｈｔ程序连用进行优化 计算，但对某些类型的优化计算，还是自带优化比较 实用与快捷，因为潜艇的主要结构尺寸象半径、肋距、 肋骨高度、壳板厚度等一般都经过圆整，太离散的数 据工程上不实用，而自带优化就可较好地控制设计变 量步长。该类模块除参数较多外与工具型子模块无 多大差别。主要差别在计算程序，要在计算程序设置 设计变量、约束条件、目标函数及优化算法等。另外， 在用户界面中设置设计变量的初值、终值与步长。对 该类模块的开发，与上述模块开发一样，不再重复。 １．６计算报告替换型结构子模块的设计开发 计算报告替换型子模块其主要工作是将上游子 模块传递过来的数据进行解析（即依次寻找每一个 需要替换的数据，并抽取该数据与本模块中的相应参 数对应）用来更新本模块参数值。再用更新后参数 值对原计算报告（即母版计算报告）的数据进行替 换，生成新的计算报告。该模块设计开发，首先要准 备好母版计算报告，同时也要准备好上游传递数据的 母版并将它们存放在“设计”的目录中，其次是对所 有要替换的数据建立参数名，做到替换数据与参数一 一对应。再对母版计算报告中的值进行适当调整，尽 图３接力计算型子模块 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｓｕｂｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｌａｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 图４自带优化计算型子模块 量做到每个参数的值不一样，如果不能避免就要在替 换数据的前后加不同的符号。Ｓｙｓｗａｒｅ平台只对前后 加了特殊符号（如＃、￥、！、＠、＆、 ）数据进行替换。 在数据替换前可以对数据进行公式编辑（例如数据 圆整）等工作。为减少对数据的再次加工，要求上游 各子模块传递过来的数据单位与计算报告中的单位 保持一致。对于那些由于判断值不同而引发调用不 同的计算公式时（如在板的强度计算中，当参数Ｕ不 同时，会分别对板作有限刚性板计算或绝对刚性板计 算）则对上游传递数据的母版中既要求含有关有限 刚性板计算的计算结果也要包含绝对刚性板计算的 计算结果，而对母版计算报告则要准备相应于另一种 工况的副本。此外还要加设逻辑判断，当转到另一种 工况时要对副本的数据进行替换。在用户界面则要 将判断值作为输出数据，以提醒程序使用者，需要将 副本数据替换正本中的相关章节。对于像“板架”计 算程序中生成的输入数据，由于数据太多，不方便一 一替换，可将生成的板架输人数据导出，用ｃｘｃｅｌ的文 本格式打开，直接人工替换。 第８期 黄镇熙，等：潜艇结构快速设计研究 ・６１・ ２ 组合模块的设计开发 ２．１ 用作优化计算的组合模块的设计开发 有些潜艇结构例如耐压液舱结构约束条件很多， 设计变量也很多，采用自带优化计算型子模块会给计 算程序编写带来很大困难。Ｓｓｙｓｗａｒｅ平台开发１种 组合模块，可以与ｉｓｉｇｈｔ程序连用进行优化计算。这 样就可大大减轻计算程序的编写难度，计算程序只需 算出目标函数的值就行了，优化工作由ｉｓｉｇｈｔ程序完 成。只要在该模块中单击“优化当前工程”按钮，就 会弹出“优化配置”菜单，详见图５所示。在该菜单 中设置设计变量、输出参数、优化算法及设置优化目 录，设置完成后点击“启动优化”按钮就会弹出ｉｓｉｇｈｔ 程序完成优化。ｉｓｉｇｈｔ程序有模拟退火法、定向 搜索法、改良的可行方向法、遗传因子法等１６种优化 算法，可根据试用结果来选择合适的优化算法。对约 束条件可直接作为输出变量，以运行最佳方案后，直 接看到输出结果，详见图６中的输出参数。优化计算 时应尽量减少设计变量的数量，以减少优化时间及提 高效率。例如，在耐压液舱结构优化中对实肋板上环 向筋与纵向筋及舱壁板上加强筋及耐压壳板上的纵 骨选择Ｔ型材，则要设置Ｔ型材的面板宽度、面板厚 度、腹板宽度及腹板厚度４个设计变量。若将Ｔ型材 转换成某系列型材，并将型材的号设为整数，再设型 材腹板高度可变化，设１个截取高度为设计变量。这 样就可以２个设计变量来描述１个Ｔ型材。 渤睡 倒Ｉ ｌ —藏 嬲霪霉蔫鹫 翻鞫《 嚏嘲 ｌ 囊鞠 秘 瞄 ～ …～ ～ … …ｌ一一ｊ ～— …一０一 … … … ｛ 圈 ｌ｝ ｓｌｔ＊！ｌ ｉ嬲ｌ赛璇 ｌ ｌ； ｓ∞ ；ｌ ｌｉ 蜜数 ｝ ｛３∞ ｌ …囵… 卜～ …疆ｅ ｉ —————— ｌ麓一１一 ＃ ｛ … 圈 ｝ —— 一｝ ¨＿～ 一 臻 ｌｏ ｌ∞ ｌ 目 ｝ Ｉ 二 ｌ…一 ————————■｝｝— —————— ｛ｌ｛～一㈣ ｓ ｖ｛ｌｉ …～一 圈 ｌ ｌＩ擞 ｌＩ‘ ” 汹 圈 ｌ ｌ跫 攒 一— … ～… 圈 ｌ 嗽 ｉ ｌ ５１宥２ ｛ 圈 ｝ ｌ皴ｌ＃ ｌ１０ ｌ 圈 ｉ ｌ藏戢 ；ｌ＃ ｌ∞ ｌ２‘ 翻 ｌｄ．１ｔ・ ｌ 数 ｌ１５ ；Ｉ８甜？ ｛２Ｉ ０一～ 目 ｍ 一 图５优化计算组合模块中的优化设置 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｔｔｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｄｕｌｅ ２．２ 用作完整计算的组合模块的设计开发 潜艇结构子模块只能完成某个单一的计算，计算 范围较窄。例如已经对内部平面舱壁开发了板的强 图６优化计算组合模块 图７组合模块的执行次序 图８各子模块的数据传递示意 Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｉｅｃｅ ｓｕｂｍｏｄｕｌｅ 度计算、板的稳定计算、２根水平大梁的计算、垂直加 强材的计算等子模块，但如需要完成整个内部平面舱 壁的计算，则需要一个一个地分开计算，并且对某些 相同的参数（例如舱壁板厚、材料屈服点等）要重覆 ・６２－ 舰船科学技术 第３３卷 填写。有了组合模块就可以把所有与计算相关的子 壁的计算报告替换型子模块就组成了计算报告替换 模块放在１个组合模块中，在组合模块中设置模块执 行的次序及参数的传递就可较为方便地完成整个内 部平面舱壁的计算。图７和图８显示了各子模块的 执行次序及各子模块的数据传递。双击数据传递线 就会弹出图９所示菜单，将２个子模块中需要传递的 参数用连接线连接，就完成了数据传递。在本例中经 型组合模块。计算报告替换型子模块接收的上游传 递数据可以是参数也可以是文件。传递数据如是参 数则直接可用，如是文件则必须解析后才能使用。对 于某些潜艇结构如围壳结构，不同型号的潜艇其围壳 结构也不一样。有可能某型潜艇需校核３×４板架、 ５×４板架，而另一型潜艇需校核２×４板架、４×４板 过数据传递后再打开Ｔ型垂直梁子模块的用户界 面，就会发现该用户界面中的相应参数的颜色已变 灰，如图１０所示。整体运行前，将各子模块的用户界 面中的各参数进行设置，单击“整体运行”按钮，程序 就会自动完成整个舱壁的计算。 图９子模块的数据传递详解 Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ｄｅｔａｉｌ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｕｂｍｏｄｕｌｅｓ 图１Ｏ传递数据后的子模块界面 Ｆｉｇ．１０ Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｍｏｄｕｌｅ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｆｅｒ ２．３ 计算报告替换型的组合模块的设计开发 严格地说，计算报告替换型子模块还不能直接生 成计算报告，因为它要接收上游传递数据后才能更新 计算报告。该子模块只有与完整计算的组合模块连 用才能完全发挥作用。例如在上述所说的２根大梁 舱壁完整计算的组合模块中再加入适合２根大梁舱 架。这样母型计算报告就较难适应，如要求母型计算 报告包含所有形式的板架，则既无必要又不实用。因 为当模块中的参数总量太多时，实施“替换数据与参 数一一对应”就比较费时与费力。对类似这样潜艇 结构的计算报告，我们采用类似模块化的做法，对不 同形式的板架配置不同的计算报告替换型子模块。 如某型潜艇需校核某几型板架，就抽取哪几型板架的 计算报告替换型子模块。生成不同的子计算报告后 再人工组合成总计算报告。 ３ 结 语 本潜艇结构快速设计模块对按规范公式的计算、 迁移矩阵法计算及板架与刚架的计算作出了较为系 统的开发，输入方便直观、前后处理功能强、计算正 确、快速、实用，为实施潜艇结构快速设计方案，提供 了强有力的计算工具。本快速设计模块对用Ｓｙｓｗａｒｅ 平台参数化设计界面开发有限元的参数化建模与计 算及对那些特殊结构采用其他计算途径的开发也有 重要的借鉴意义。潜艇快速设计技术必定在潜艇结 构设计中发挥出越来越重要的作用，并为提升科研效 率和工作质量作出帮助。 参考文献： ［１］ 万欣．鱼雷壳体快速设计［Ｊ］．舰船科学技术，２００６，２８ （８）：５５—５７． ＷＡＮ Ｘｉｎ．Ｒａｐｉｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｏｒｐｅｄｏ ｓｈｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｓｈｉｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，２８（８）：５５—５７． ［２］ 张继春，徐斌，李兴虎．参数化设计方法在内燃机设计中 的应用研究．［Ｊ］．车辆与动力技术，２００６，（２）：２４—２８． ＺＨＡＮＧ Ｊｉ—ｃｈｕｎ，ＸＵ Ｂｉｎ，ＬＩ Ｘｉｎｇ—ｈｕ．Ａｐｐｌｉｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｕｓｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｄｅｓｉｎｎ ｉｎｔｅｒａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．Ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００６，（２）：２４—２８． 『３］ 张红旗，曹文钢，王保清．汽车车架快速设计系统的研究 ［Ｊ］．机械科学与技术，２００２，２１（６）：９７２—９７４． ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ—ｑｉ，ＣＡＯ Ｗｅｎ—ｇａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｂａｏ—ｑｉｎｇ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ａ ｒａｐｉｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｆｒａｍｅ ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，２１（６）： ９７２—９７４． （下转第８０页） ・８０・ 舰船科学技术 第３３卷 ＳＨＥＮ Ｄｏｎｇ—ｈｕｉ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ａｕｔｏｐｉｌｏｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ＧＡ［Ｄ］． Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００３． ［２］ 施生达．潜艇操纵性［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９５． ［３］ ＧＥＲＴＬＥＲ Ｍ。ＨＡＧＥＮ Ｒ．Ｓｔａｎｄａｒｄ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆ Ｒ］．ＡＤ ６５３８６１．１９６７． ｓｅｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ［４］ ＦＥＬＤＭＡＮ Ｊ，ＤＴＮＳＲＤＣ ｒｅｖｉｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ［Ｒ］．ＡＤ Ａ ０７１８０４，１９７９． ［５］ 问秀英，任庆昌，孟庆龙．一种自校正ＰＩＤ控制器设计与 ｔ， 仿真研究［Ｊ］．系统仿真学报，２００６，（ｓ２）：７５３—７５６． ＹＡＮ Ｘｉｕ—ｙｉｎｇ，Ｒｅｎ Ｑｉｎｇ—ｃｈａｎｇ，ＭＥＮＧ Ｑｉｎｇ—ｌｏｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ 图４航向控制及舵角变化曲线 Ｆｉｇ．４ Ｈｅａｄｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｒｕｄｄｅｒ ａｎｇｌｅ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２００６，（Ｓ２）７５３—７５６． ［６］ 占自才．基于遗传算法的ＰＩＤ智能控制器设计［Ｊ］．华 从图４可以看出，在舵速和舵角幅值等约束条件 下，运用多目标遗传算法优化后得到的自动舵控制模 东交通大学学报，２００９，（１）：５８—６１． ＺＨＡＮ Ｚｉ—ｃａｉ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ 型，通过降低转舵速率和舵角幅值，降低了舵机的损 耗以及舵机的机械噪声和水动力噪声，同时保持了对 航向的良好控制，对航向控制的平稳性、超调量均优 于传统ＰＩＤ自动舵。 ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｊｉａｏｔｏｎｇ ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９，（１）：５８—６１． 王介生，王金城，王伟．基于粒子群算法的ＰＩＤ控制器参 数自整定［Ｊ］．控制与决策，２００５，（１）：７３—７６，８１． ＷＡＮＧ Ｊｉｅ—ｓｈｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇ—ｅｈｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｗｅｉ．Ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ ５ 结 语 本文通过约束舵机系统的转舵速率和舵角幅值， ｏｆ ＰＩＤ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ，２００５，（１）：７３—７６，８１． ［８］ 张兴华，朱筱蓉．基于改进遗传算法的ＰＩＤ调节器多目 标优化设计［Ｊ］．计算机工程与应用，２００６，（２８）：２０８— ２１Ｏ． 运用优化算法，对控制参数进行优化，以达到同时满 足降低舵机振动噪声、水动力噪声和潜艇自动控制性 ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎｇ—ｈｕａ，ＺＨＵ Ｘｉａｏ—ｒｕｎｇ． Ｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＰＩＤ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ 能的目的。半实物仿真试验表明，采用低噪声工况操 舵控制策略后，可在满足潜艇机动性和稳定性的要求 ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００６，（２８）：２０８—２１０． 下，显著降低舵机系统的辐射噪声，具有较高的工程 实际应用价值。 参考文献： ［１］ 申冬慧．基于模糊控制与ＧＡ的潜艇自动舵的设计与实 现ｆＤ１．哈尔滨工程大学。２００３． ［９］ 陈爱玲．船舶航向控制器半实物仿真［Ｊ］．船电技术， ２００９，（１）：４５—４８． ＣＨＥＮ Ａｉ—ｌｉｎｇ．Ｈａｒｄｗａｒｅ—ｉｎ—ｔｈｅ—ｌｏｏｐ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｐ ｃｏｕｒｓｅ ｋｅｅｐｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ［Ｊ］．Ｍａｒｉｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，（１）：４５—４８． （上接第６２页） ［４］ 江宁，吴庆鸣．水工机械产品快速设计平台［Ｊ］．中国水 资源，２００８，（８）：５８—５９． ＪＩＡＮＧ Ｎｉｎｇ，ＷＵ Ｑｉｎｇ—ｍｉｎｇ．Ｆａｓｔ—ｄｅｓｉｇｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ＬＩ Ｘｕｅ。ｂｉｎ，ＰＡＮ Ｚｈｉ．Ｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒａｌ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，（４）：５６—６０． ［７］ 黄镇熙，刘宇．凹角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段优化 设计［Ｊ］．舰船科学技术，２００９，３１（３）：２４—２９． ＨＵＡＮＧ Ｚｈｅｎ—ｘｉ，ＬＩＵ Ｙｕ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｘｉａｌ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｃｏｎｃａｖｅ—ｃｏｎｖｅｘ ａｎｇｌｅ ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， ２００８，（８）：５８—５９． ［５］ 任乃飞，江杰，顾佳方，许美玲，罗艳．基于ＲＥ／ＣＦＤ带分 流叶片离心泵叶轮快速开发［Ｊ］．排灌机械工程学报， ２０１０，（１）：ｌ８—２１． ＲＥＮ Ｎａｉ．ｆｅｉ，ＪＩＡＮＧ Ｊｉｅ，ＧＵ Ｊｉａ－ｆａｎｇ，ＸＵ Ｍｅｉ—ｌｉｎｇ．Ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ Ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｎｏｏｋ ｒｉｎｇ ｓｕｐｐｏｔｒｅｄ ｂｕｌｋｈｅａｄ［Ｊ］．Ｓｈｉｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，３１（３）：２４—２９． ［８］ 黄镇熙，刘宇．凸角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段优化 设计［Ｊ］．舰船科学技术，２００９，３１（２）：２９—３３． ＨＵＡＮＧ Ｚｈｅｎ—ｘｉ，ＬＩＵ Ｙｕ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｘｉａｌ ｓｙｍｍｅｔｒｙ ｃｏｎｃａｖｅ—ｃｏｎｖｅｘ ａｎｇｌｅ ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｖａｎｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＥ／ＣＦＤ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｍａｅｈｉｎｅｔｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，（１）：１８—２１． ［６］ 李学斌，潘治．潜艇概念设计阶段的多目标优化研究 ［Ｊ］．海军工程大学学报，２００８，（４）：５６—６０． ｓａｌｉｅｎｔ ｒｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｕｌｋｈｅａｄ［Ｊ］．Ｓｈｉｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，３１（２）：２９—３３．
