由于水面无人艇被越来越广泛地应用于海洋各领域，如何有效地对水面高速无 人艇的艇型进行优化设计及分析，进一步提高水面无人艇的运行性能，降低使用成 本，延长使用寿命便成了各国关注的重点。相比于国外日益提高的无人艇艇型优化 设计及分析技术，我国对于无人艇的艇型优化研究仍有很大的提升空间[3-4]。

本课题着力于将计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）与优化理 论相结合，以一种新型水面高速无人艇为基础，运用 FINE/Marine 等软件对无人艇 进行数值模拟计算，再利用优化软件进行综合优化计算，得出无人艇艇型参数最优 值[5]。该种方法不仅可以缩短研究周期、降低研究成本，还能有效地进行无人艇的水 动力性能分析。研究这个课题，对我国水面无人艇技术的发展，有着重要的意义。 因此，进行无人艇的研究意义重大，其应用价值不容小觑。

1。2 USV 研究现状

1。2。1 USV 应用现状

1。2。2  USV 国内外研究现状

1。3 本文主要的研究内容和步骤以及研究方法

本文的研究对象为 6m 长带水翼及防飞溅条的水面高速无人艇，本文对该 USV

的水动力性能进行研究，建立水面无人艇的优化系统，具体步骤如下：

（1）对 USV 进行几何建模，导入 Solidworks 中进行数据测量，生成“。x_t”文 件，再导入 HEXPRESS 中，进行参数和初始网格设置，并将生成的网格导入

FINE/Marine 中进行数值模拟计算。

（2）根据 CFD 计算出的结果分析比较不同防飞溅条、不同水翼、不同水翼攻 角、不同重心纵向坐标 xg、不同长宽比 L/B、不同吃水 t、不同速度 V 下的无人艇总 阻力、总升力、深沉值和纵倾角变化。

（3）根据数据分析结果选出具有最佳水动力性能的无人艇模型。

（4）进行快速性试验，验证利用 CFD 进行数值模拟计算的准确性。

（5）建立 USV 快速性能数学模型以及耐波性能、操纵性能以及抗倾覆性能数 学模型，结合四种数学模型建立无人艇综合优化数学模型。

（6）利用遗传算法编写优化程序，对 USV 进行优化，得到无人艇艇型参数的 优化值。

第二章 几何建模

2。1 引言

本章主要介绍一种新型水面无人艇的几何建模过程，新型水面无人艇设置防飞 溅条和水翼。

2。2 水面无人艇特性

我国对水面无人艇的水动力性能研究仍然处于初级探索阶段，尤其在研究阻力 性能方面。阻力是无人艇的重要性能之一，若能在理论研究中设计出最小阻力型艇， 便能降低整个无人艇设计周期中所需的成本，以及提高其整体性能。

水面无人艇具有优良的水动力性能，一般线型光滑，同时无人操纵意味着制作工 艺相对简单、综合成本相对较低，因此，在近些年中使用越来越普遍。与快艇进行 比较，水面无人艇的航速范围无疑更大，水动力性能更加优良。

众所周知，任何一种船舶航速的增加均会导致周围压力场的变化，而无人艇轻快 的特性让这一现象更加明显。若能对常规水面无人艇艇型进行合理的优化设计分析， 进而充分利用这一压力场，令流体流动过程中产生的动升力在铅垂方向上为无人艇 提供一定的支撑，减小无人艇的吃水和湿面积，这对无人艇高速航行阻力性能的提 高无疑是极其有利的。船舶领域将流体为无人艇航行时提供动升力的状态称为滑行

[11]。我们用体积傅汝德数对这一状态进行划分:

式中：

V 代表航速 m·s-1；