目 录

第一章 绪论1

1.1 引言1

1.2 国内外研究现状2

1.2.1 水面无人艇研究现状2

1.2.2 翼滑艇发展历史和研究现状4

1.3 本课题的目的与意义7

1.4 本文主要研究内容7

第二章 无人翼滑艇的设计与制作. 8

2.1 无人翼滑艇的艇型设计与制作8

2.1.1 无人艇的艇型设计8

2.1.2 无人艇的制作.9

2.2 防飞溅条设计 11

2.3 水翼设计12

2.3.1 水翼几何和水动力特征12

2.3.2 水翼几何形状设计14

2.3.3 水翼的制作16

2.4 艇模推进系统设计与安装17

2.4.1 操纵系统设计17

2.4.2 推进系统设计18

2.4.3 控制系统设计19

第三章 静水摇荡实验22

3.1 引言22

3.2 数学模型22

3.2.1 横摇运动数学模型22

3.2.2 纵摇运动数学模型24

3.3 横摇试验及结果分析24

3.3.1 横摇试验方案与内容24

3.3.2 有水翼与无水翼横摇试验结果对比分析26

3.4 纵摇试验及结果分析31

3.4.1 纵摇试验方案与内容31

3.4.2 有水翼与无水翼纵摇试验结果对比分析32

3.5 垂荡运动试验及结果分析35

第四章 系统辨识37

4.1 系统辨识的基本思想与步骤37

4.2 遗传算法简介与基本流程38

4.3 粒子群算法简介与基本流程.40

4.4 横摇运动结果辨识分析41

4.4.1 最佳辨识方法的选择41

4.4.2 有水翼与无水翼不同横摇角度辨识44

4.4.3 不同吃水情况的辨识49

4.5 纵摇运动结果辨识分析49

4.5.1 有水翼与无水翼不同纵摇角度辨识49

4.5.2 纵摇辨识数学模型中各项系数的分析51

4.6 本章小结53

总 结 54

论文的展望工作55

参考文献56

附 录 58

致 谢 59
第一章 绪论1.1 引言随着工业的迅速发展人类对资源的需求量也在不断增长， 原来的陆地资源已经无法满足这一需求，于是人类将目光转向资源储量更丰富的海洋，在此形势下很多关于海洋资源的开发保护的活动也日益增多。中国的海洋资源丰富，海岸线很漫长大约18000多公里，近海岛屿众多，面积超过 8 万平方千米，资源储量大且可以开采的资源众多。水面无人艇(USV）是一种便捷的水上交通工具，和其他水面交通工具相比，其具有很多性能优势，具体表现在，速度高可以智能控制与安全可靠[1]。为了满足其无人驾驶需求，一般需要将一些雷达、摄像机和智能控制系统装在其中。随着这方面的技术日益成熟，其性能不断提升，应用领域也不断扩大，目前已经从传统的军事领域延伸到民用领域[2]。其用途也发生了很多变化，很多无人艇开始用于监视海洋情况。在目前作战方式和内容不断发展的形势下， 利用无人作战系统进行战斗也是未来此方面的发展趋势之一。 在这方面因素的刺激下， 很多国家也加大了对无人艇的研究力度，并从多方面对其进行相关研究。根据目前无人挺的发展形势看，随着无人艇智能控制技术的不断完善，其将成为海洋作战的重要工具[3-4]。目前与此相关的研究主要集中在提高其各项性能方面，例如耐波性、快速性、操纵性和经济性与力学性能等，这对其未来的发展有重要影响。随着其功能的不断丰富，其应用领域也在不断扩大，民用方面的利用比例在逐步增加[5]。目前与高速无人艇相关的研究和设计手段有了显著改变， 但是无人艇的艇型设计方面主要集中在充气艇方面，这种类型的艇体航行性能较差，源:自*优尔`%论,文'网·www.youerw.com/ 在改进时对实验数据的依赖性较高，也不满足缩短改进周期的需要，因而需要探索新的研究手段。在高性能船（HPS）研究领域，目前新的研究思路是对不同类型的船型进行“合并”，综合各自的优点而得到新的艇型，这对无人艇研究创新有重要促进作用，其发展前景广阔。滑行艇是无人艇的一种，其综合性能更优越，其适航性与快速性显著高于其他类型的，很多学者对其从不同角度进行了各自的研究。在研究中发现，这种类型的无人艇在运动过程中需要主机提供巨大的功率，开始滑行后其运行平稳性有一定下降，且抗波浪冲击性能也会受到影响。翼滑艇是另一种高性能无人艇，其结合了水翼艇与滑行艇各自的优点，使其综合性能更好。水翼艇在航行过程中可以通过水翼产生抬升船体的升力，有独特的降阻方式，因而显著避免了前一类型的缺陷，成为一种很有发展前景的高性能船之一。其航行状态也可以看作为二者的结合。通过这种结合可更快的抬升船体，并大幅度的降低船舶遇到的阻力，因而其运行时所需的功率也明显降低，且运行平稳性也得到一定程度增加。不过在结合过程中也同时考虑到多方面的因素，例如如何综合满足其快速性、操纵性、和抗倾覆性等方面的要求，不过由于这些性能之间存在一定的矛盾和制约关系。 因而如何在考虑到这些因素的情况下进行综合性设计就成为未来无人翼滑艇艇型设计方面的主要方向， 本文主要是研究了翼滑艇的摇荡运动相关情况[6-8]。