艦船懸臂結構隱身與動力特性優(yōu)化
發(fā)布時間：2024-06-04 21:59
全封閉式桅桿系統(tǒng)是水面艦船的重要雷達反射源,直接影響到艦船的整體隱身性能。同時,全封閉式桅桿的結構形式十分復雜,若在船舶環(huán)境激勵作用下發(fā)生共振,會導致桅桿及其承載的精密儀器的使用壽命和正常工作受到影響,此時再對動力特性進行改善就變得十分困難。因此在艦船封閉式桅桿設計初期階段,針對其進行外形的雷達隱身優(yōu)化和內部支撐結構的頻率禁區(qū)優(yōu)化是非常有意義的。 首先,對桅桿隱身特性和動力特性的計算與優(yōu)化方法理論進行深入研究：歸納和分析了常用的電磁反射計算方法,基于三角面元建模對物理光學積分法的實現(xiàn)進行理論推導和程序編寫,研究了已有的四種飛行器隱身性能評估標準,并將這些評估標準引入艦船隱身評估中；以Mindlin板彎曲理論為基礎,對四結點四邊形等參板單元進行推導,并對包含該等參單元的加筋板模型的固有模態(tài)進行計算和分析；對遺傳算法和進化策略進行介紹和對比,分別利用編寫的遺傳算法程序和已有的進化策略算法,實現(xiàn)了對懸臂結構的隱身性能優(yōu)化和頻率禁區(qū)優(yōu)化。 其次,以英國45型驅逐艦的桅桿設計為例,對威脅區(qū)域內RCS的最大值σmax、平均值σavg、雷達檢測平均概率pd及大于臨界RCS值概率Pcr這四種隱身評估標...
【文章頁數(shù)】：99 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
1.1 選題背景和立題意義
1.2 艦船隱身性能介紹與研究現(xiàn)狀
1.2.1 雷達反射截面的基本定義
1.2.2 艦船RCS縮減技術研究現(xiàn)狀
1.3 艦船頻率禁區(qū)優(yōu)化研究現(xiàn)狀
1.4 本文主要工作
2 雷達反射截面計算方法與評估分析
2.1 RCS計算方法介紹及選擇
2.2 物理光學法積分公式推導
2.3 物理光學法三角面元實現(xiàn)
2.3.1 三角面元物理光學積分
2.3.2 三角面元遮擋識別判斷
2.3.3 物理光學法的實現(xiàn)步驟
2.4 艦船隱身性評估標準研究
2.4.1 威脅區(qū)域內RCS最大值
2.4.2 威脅區(qū)域內RCS平均值
2.4.3 被雷達檢測的平均概率
2.4.4 大于臨界RCS值的概率
2.5 物理光學法經(jīng)典算例
2.5.1 單個矩形體經(jīng)典算例
2.5.2 兩球體遮擋經(jīng)典算例
2.6 本章小結
3 基于有限元的加筋板結構模態(tài)分析
3.1 有限元方法基礎
3.2 Mindlin板彎曲理論推導
3.3 四結點四邊形等參板單元推導
3.3.1 板單元剛度陣和質量陣推導
3.3.2 四結點四邊形單元等參變換
3.4 加筋板模型模態(tài)分析
3.4.1 板梁模型組合方式
3.4.2 板梁模型典型算例
3.5 本章小結
4 自適應進化算法基本研究
4.1 自適應遺傳算法原理分析
4.1.1 遺傳算法參數(shù)自適應設定
4.1.2 自適應遺傳算法基本流程
4.1.3 遺傳算法終止條件的探討
4.2 進化策略算法的基本介紹
4.3 遺傳算法與進化策略對比
4.4 自適應遺傳算法優(yōu)化算例
4.4.1 斯特里金方程經(jīng)典算例
4.4.2 外形隱身優(yōu)化經(jīng)典算例
4.5 進化策略優(yōu)化算例
4.6 本章小結
5 封閉式桅桿隱身與頻率禁區(qū)優(yōu)化
5.1 隱身預估參數(shù)設定
5.1.1 桅桿模型參數(shù)設定
5.1.2 威脅區(qū)域參數(shù)設定
5.1.3 雷達參數(shù)設定
5.1.4 環(huán)境參數(shù)設定
5.2 雷達主反射特征分析
5.3 多重評估及改進分析
5.4 隱身特性優(yōu)化模型分析
5.4.1 桅桿隱身優(yōu)化幾何模型
5.4.2 桅桿隱身優(yōu)化數(shù)學模型
5.5 隱身優(yōu)化結果綜合分析
5.5.1 σmax優(yōu)化結果分析
5.5.2 σavg優(yōu)化結果分析
5.5.3 Pd優(yōu)化結果分析
5.5.4 Pcr優(yōu)化結果分析
5.5.5 優(yōu)化結果綜合分析
5.6 頻率禁區(qū)優(yōu)化模型分析
5.6.1 桅桿結構模型設定
5.6.2 頻率禁區(qū)范圍設定
5.6.3 桅桿優(yōu)化數(shù)學模型
5.7 頻率禁區(qū)優(yōu)化結果分析
5.8 本章小結
6 結論與展望
參考文獻
附錄一：物理光學法程序框圖及程序代碼
附錄二：遺傳算法計算程序代碼
攻讀碩士期間發(fā)表學術論文情況
致謝
本文編號：3989225
【文章頁數(shù)】：99 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
1.1 選題背景和立題意義
1.2 艦船隱身性能介紹與研究現(xiàn)狀
1.2.1 雷達反射截面的基本定義
1.2.2 艦船RCS縮減技術研究現(xiàn)狀
1.3 艦船頻率禁區(qū)優(yōu)化研究現(xiàn)狀
1.4 本文主要工作
2 雷達反射截面計算方法與評估分析
2.1 RCS計算方法介紹及選擇
2.2 物理光學法積分公式推導
2.3 物理光學法三角面元實現(xiàn)
2.3.1 三角面元物理光學積分
2.3.2 三角面元遮擋識別判斷
2.3.3 物理光學法的實現(xiàn)步驟
2.4 艦船隱身性評估標準研究
2.4.1 威脅區(qū)域內RCS最大值
2.4.2 威脅區(qū)域內RCS平均值
2.4.3 被雷達檢測的平均概率
2.4.4 大于臨界RCS值的概率
2.5 物理光學法經(jīng)典算例
2.5.1 單個矩形體經(jīng)典算例
2.5.2 兩球體遮擋經(jīng)典算例
2.6 本章小結
3 基于有限元的加筋板結構模態(tài)分析
3.1 有限元方法基礎
3.2 Mindlin板彎曲理論推導
3.3 四結點四邊形等參板單元推導
3.3.1 板單元剛度陣和質量陣推導
3.3.2 四結點四邊形單元等參變換
3.4 加筋板模型模態(tài)分析
3.4.1 板梁模型組合方式
3.4.2 板梁模型典型算例
3.5 本章小結
4 自適應進化算法基本研究
4.1 自適應遺傳算法原理分析
4.1.1 遺傳算法參數(shù)自適應設定
4.1.2 自適應遺傳算法基本流程
4.1.3 遺傳算法終止條件的探討
4.2 進化策略算法的基本介紹
4.3 遺傳算法與進化策略對比
4.4 自適應遺傳算法優(yōu)化算例
4.4.1 斯特里金方程經(jīng)典算例
4.4.2 外形隱身優(yōu)化經(jīng)典算例
4.5 進化策略優(yōu)化算例
4.6 本章小結
5 封閉式桅桿隱身與頻率禁區(qū)優(yōu)化
5.1 隱身預估參數(shù)設定
5.1.1 桅桿模型參數(shù)設定
5.1.2 威脅區(qū)域參數(shù)設定
5.1.3 雷達參數(shù)設定
5.1.4 環(huán)境參數(shù)設定
5.2 雷達主反射特征分析
5.3 多重評估及改進分析
5.4 隱身特性優(yōu)化模型分析
5.4.1 桅桿隱身優(yōu)化幾何模型
5.4.2 桅桿隱身優(yōu)化數(shù)學模型
5.5 隱身優(yōu)化結果綜合分析
5.5.1 σmax優(yōu)化結果分析
5.5.2 σavg優(yōu)化結果分析
5.5.3 Pd優(yōu)化結果分析
5.5.4 Pcr優(yōu)化結果分析
5.5.5 優(yōu)化結果綜合分析
5.6 頻率禁區(qū)優(yōu)化模型分析
5.6.1 桅桿結構模型設定
5.6.2 頻率禁區(qū)范圍設定
5.6.3 桅桿優(yōu)化數(shù)學模型
5.7 頻率禁區(qū)優(yōu)化結果分析
5.8 本章小結
6 結論與展望
參考文獻
附錄一：物理光學法程序框圖及程序代碼
附錄二：遺傳算法計算程序代碼
攻讀碩士期間發(fā)表學術論文情況
致謝
本文編號：3989225
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