潜布水雷安全出管速度优化研究.pdf

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1、第5期(总第129期)机械管理开发2012年lO月MANAGEMENTANDDEVELOPMENT0ct．2012No．5(SUMNo．129)潜布水雷安全出管速度优化研究孙伟玮(海军装备部，山西太原030027)摘要：研究潜布水雷发射的中间弹道，建立了中间弹道运动学模型及其微分方程，采用遗传算法进行优化分析，得到了仿真潜布水雷安全出管的最小速度。关键词：潜布水雷；遗传算法；出管速度中图分类号：TJ635文献标识码：A文章编号：1003—773X(2012)05—0057一O20引言据经验公式得：当潜射水雷武器的雷体离开

2、发射管导轨之后，水dRI=0．5Cp雷在重力、浮力、流体动力等作用下做复杂的运动。为＼uz-jn了保证水雷能够不与防波板平台发生碰撞造成卡管，必须选择适当的出管速度。采用遗传算法对最小安全_0．5叫等出管速度进行优化计算，取得较好效果。式中：为水雷粘湿面积；C为水雷纵向阻力系数；1中间弹道运动学模型C为水雷横向阻力系数；P为海水密度。水雷发射时经内弹道阶段的高压气流做功，获得于是可将式(1)简化为式(2)：了一定的初始运动速度，然后在惯性作用下继续运动，dpg-2r(Lr一一／⋯同时还受到重力、浮力、流体动力的作用。中间

3、弹道是内弹道向外弹道的过渡阶段，其力学d2yqC0Ql、’一现象和特征非常复杂。建立中间弹道运动学模型之dtz一一MT一J前，为得到理想化模型，可做如下假设”：水雷由内弹道转外弹道阶段时获得了一定的运动I)水雷雷体离开发射管时，水雷轴线和发射管轴速度，即出管速度，因此水雷在中间弹道运动时的线重合；2)水雷无纵倾且在惯性力作用下沿着发射管初始条件(￡=0)为：=0，=o，警一，警一0。轴线向前运动；3)忽略由海流和艇速引起的防波板处由运动学微分方程(2)可得：的流体动力学性能。2Mrln(川)根据以上假设，建立水雷与发射管

4、相关的直角坐：．标系，见图1，坐标原点0位于水雷尾部下部后端面处；X轴与发射管的纵轴相平行，正方向与水雷运动方：器hl^cqC~pI2『．向一致；y辛由垂直于轴，正方向向下。故可得到水雷出管速度为：qGoO(eC,pOMy＼—1上)，．T，、[1n(e+、／e2_1)]根据发射要求，当水雷出管后的航程大于等于雷尾部分的长度与发射平台长度之和时，水雷的下沉量图1水霄在中间弹道的运动示意图应小于等于发射平台高度，此时水雷尾部就不会碰到水雷在垂直面的运动方程为：平台。可用数学公式表达式为：x>L+L．h．一、式中：L为雷尾部分

5、的长度；L。为发射平台防波板的长度；h为发射平台防波板的高度。MTdtz=G—B一尺=g一尺．于是，求解潜射水雷最小安全出管速度的问题可式中：M为水雷质量；R为水雷纵向阻力；R为水以转变为一个非线性多元函数无约束优化问题，数学雷横向阻力；G为水雷重力；B为水雷的浮力。表达式为：收稿日期：2012—04—27；修回日期：2012—05—15作者简介：孙伟玮(1985一)，男，山东平度人，助理工程师，硕士，主要从事装备质量检验及验收工作。E-mail：plasww@126．conl·57·第5期(总第129期)机械管理开发2

6、012年l0月Imin[f(cc，)]：min[VB]中适应度最高的个体取代子代种群中适应度最低的个体。{+Lp5)终止规则：当种群中的平均适应度与最大适应2混合遗传算法优化求解度充分接近时，则可认为算法已经收敛，终止程序；同遗传算法是仿生物遗传学直接搜索优化算法，其时设定最大遗传代数，当算法迭代次数达到最大遗传操作过程如同生物进化过程，主要有选择、交叉、变异代数时，终止程序。三个基本操作，包括编码、初始群体、适应度函数、遗传3优化结论操作及参数控制、终止规则五个基本要素。根据上述分析，本文采用MATLAB工具箱,51进

7、行1)编码：编码就是表现型到基因型的映射，把变计算，结果见图2。当种群进化到第40代时，出现了全量区间内的数值用计算机语言表示出来。采用二进制局最优解，此时得出的水雷最小安全出管速度为形式，将某个变量值代表的个体用一个二进制串表11．75m／s，略大于规范要求的出管速度11m／s。证明示。可以设定变量个数和求解精度来调节二进制串的了应用该法优化计算得出的最小出管速度能够保证水长度。雷安全脱离发射管。2)初始群体：初始群体的特性对优化结果和优化。：—■__■—■_匡委耍虱效率均有重要影响。要实现全局最优解，初始群体在12．

8、6}．~．⋯、■__1．·1空间中应尽量分散，首先根据问题构造均匀数组或正IZ4}．’．．1l23’1交数组，然后执行如下算法产生初始群体：(1)将解空122f：～1121～1间划分为-s个子空间；(2)量化每个子空间，运用均匀斗一¨．．111Ⅺ，．．．．．．j数组或正交数组选择M个染色体；(3)从MxS个染色体中，