林焰，徐興昂，葉超

(1.大連理工大學(xué) 船舶工程學(xué)院, 遼寧 大連 116024; 2.大連理工大學(xué) 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 大連 116024)

無人快艇作為智能化、機(jī)動(dòng)化、無人化的海上交通工具，近年來在海洋勘探、海上救援、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面逐漸開始發(fā)揮巨大的作用[1-2]。隨著人類在海上活動(dòng)區(qū)域的不斷拓展，無人快艇的作業(yè)海域也相應(yīng)地逐漸向深、遠(yuǎn)海發(fā)展[3]。然而，相比于近岸處，遠(yuǎn)海的風(fēng)浪流條件變得更加不利于浮體航行且難以預(yù)測(cè)[4]。同時(shí)，對(duì)于超出視距范圍的自操控?zé)o人快艇而言，自發(fā)保持航行浮態(tài)是維持航線和有效避障的前提。因此，面對(duì)遠(yuǎn)海相對(duì)復(fù)雜及惡劣的海況，無人快艇應(yīng)具備足夠的穩(wěn)性，甚至達(dá)到在任意角度下能夠返回正浮狀態(tài)的能力(簡(jiǎn)稱為自扶正)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)無人快艇的自扶正性能開展了相關(guān)試驗(yàn)研究。 Grenestedt等[5]在超小型碳纖維高速艇“LORCA”中將甲板曲面設(shè)計(jì)為封閉形式，并通過試驗(yàn)證實(shí)了其具有自扶正性能，但其仍缺乏系統(tǒng)的自扶正設(shè)計(jì)方法；Akyldz等[6]利用具有水密功能的上層建筑為艇倒浮時(shí)提供充足的浮力以實(shí)現(xiàn)艇的自扶正，并通過與加裝氣囊或自操作式壓載水置換系統(tǒng)作對(duì)比說明了前者實(shí)現(xiàn)自扶正的優(yōu)勢(shì)；景帥文等[7]提出利用自扶正氣囊實(shí)現(xiàn)艇的自扶正，但采用設(shè)備進(jìn)行自扶正，既浪費(fèi)布置空間，增加載重量，頻繁收放氣囊也會(huì)使得無人艇的操縱問題變得更加復(fù)雜，不利于正常航行。

對(duì)于遠(yuǎn)海無人快艇而言，封閉甲板主要是作為提供穩(wěn)性和保證艇體艙室水密性的構(gòu)件，其功能相較于傳統(tǒng)快艇甲板而言更為單一化?；跓o人快艇的功能背景和遠(yuǎn)海的環(huán)境特點(diǎn)，本文引入了針對(duì)封閉式甲板的自扶正設(shè)計(jì)理念，以滿足快速性、操縱性、基本穩(wěn)性要求的快艇下艇體為基礎(chǔ)，結(jié)合三維參數(shù)化技術(shù)的思想，通過引入若干個(gè)可變幾何參數(shù)的甲板曲面控制點(diǎn)對(duì)封閉甲板曲面進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了一種新型的無人快艇自扶正方案設(shè)計(jì)，并總結(jié)相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，依托于大連理工大學(xué)自主設(shè)計(jì)的無人快艇案例，應(yīng)用該方法進(jìn)行自扶正設(shè)計(jì)，提出優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案。

1 無人快艇三維參數(shù)化設(shè)計(jì)

甲板曲面優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，在整個(gè)周期中需要不斷地優(yōu)化與完善。為了提高設(shè)計(jì)效率，可以將一些重要的控制變量進(jìn)行參數(shù)化處理[8-9]。在甲板系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，各方案和原型(或母型)產(chǎn)品之間的差別通?？梢酝ㄟ^數(shù)學(xué)建模后幾個(gè)關(guān)鍵的特征參量來體現(xiàn)，通過修改不同的參數(shù)可以得到性能不同的設(shè)計(jì)方案?；谝陨蠀?shù)化設(shè)計(jì)的思想，為了在設(shè)計(jì)螺旋線[10]循環(huán)的過程中篩選出滿足自扶正要求且整體性能較優(yōu)的甲板方案，本節(jié)對(duì)無人快艇完成自扶正功能的過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并在下一章結(jié)合快艇穩(wěn)性計(jì)算的物理模型進(jìn)一步完成方案的設(shè)計(jì)和篩選[11]。

1.1 三維參數(shù)化建模

本文的總體設(shè)計(jì)思路是以型值不隨自扶正優(yōu)化而改變的快艇下艇體(如圖1所示)為基礎(chǔ)，對(duì)快艇的甲板曲面進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)(如圖2所示)，并以快艇自扶正性能為約束條件，逐漸優(yōu)化甲板曲面的幾何形狀，最終獲得符合約束條件且性能優(yōu)良的快艇自扶正設(shè)計(jì)方案。

在進(jìn)行甲板曲面優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，通過修改甲板曲面的參數(shù)實(shí)現(xiàn)曲面的變換。為了保證甲板曲面變換過程中滿足光順性要求[12]，本文采用NURBS曲面片來表達(dá)甲板曲面[13]，并按照一定的約束條件對(duì)NURBS曲面片的控制頂點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)變換，從而實(shí)現(xiàn)甲板曲面的幾何變換。

圖1 快艇下艇體Fig.1 Lower hull of the speedboat

圖2 甲板曲面控制點(diǎn)Fig.2 Deck surface control points

1.1.1 NURBS表達(dá)式

非均勻有理B樣條(non-uniform rational b-splines, NURBS)曲面是目前應(yīng)用最廣泛的船體曲面表達(dá)方法之一[14]。船體曲面的NURBS表達(dá)式為:

(1)

式中：u、v為參數(shù);m、n為U向與W向控制頂點(diǎn)的個(gè)數(shù);Pi,j(0≤i≤m-1,0≤j≤n-1)為控制頂點(diǎn)，Pi,j由對(duì)應(yīng)點(diǎn)的x、y、z3個(gè)坐標(biāo)組成;Wi,j為權(quán)因子，Bi,q(u)和Bj,r(v)分別為沿U向的q次和沿W向的r次B樣條基函數(shù)，分別由U方向上的節(jié)點(diǎn)矢量和W方向上的節(jié)點(diǎn)矢量控制，通常q和r均取3。本文基于改變式(1)中控制頂點(diǎn)Pi,j的坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)無人快艇自扶正的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1.1.2 甲板曲面表達(dá)

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，由于封閉甲板曲面存在部分接縫高階不連續(xù)的可能性，雖然不影響其功能的實(shí)現(xiàn)，但利用整體表達(dá)法構(gòu)建封閉甲板曲面難以對(duì)所有可行方案進(jìn)行有效表達(dá)。因此，本文運(yùn)用分片表達(dá)法[15]來構(gòu)建封閉甲板曲面。圖2中所示的點(diǎn)為本文構(gòu)建封閉甲板曲面所取的控制點(diǎn)，通過改變這些點(diǎn)的坐標(biāo)位置實(shí)現(xiàn)封閉甲板曲率[16]的變化。其中，點(diǎn)P1為艇艉頂點(diǎn)(中縱剖線與甲板邊線的艉交點(diǎn))，點(diǎn)P2為艇艏頂點(diǎn)(中縱剖線與甲板邊線的艏交點(diǎn))，點(diǎn)P3為甲板邊線上不與P1、P2重合的某一點(diǎn)，點(diǎn)P3、P4、P7具有相同的縱向坐標(biāo)，點(diǎn)P4、P5、P6具有相同的垂向坐標(biāo)，點(diǎn)P1、P2、P5、P6、P7都在中縱剖線上。構(gòu)建封閉甲板曲面的過程如下。

首先，創(chuàng)建圖2所示的控制點(diǎn)，分別過P3、P4、P7，P1、P5、P7，P2、P6、P7生成如圖3所示的NURBS曲線N1、N2、N3。其中，這3條曲線在P7處滿足連續(xù)性原則。其次，以N1、N2和甲板邊線為輪廓線，通過NURBS表達(dá)式計(jì)算曲面S1；同理，以N1、N3和甲板邊線為輪廓線計(jì)算曲面S2。再次，以N1為交線拼接S1和S2，并使拼接處滿足C2連續(xù)關(guān)系；利用相同方法構(gòu)建無人快艇左舷的封閉甲板NURBS曲面。最后，以N2和N3為交線將快艇左右舷NURBS曲面進(jìn)行拼接，并使拼接處滿足C2連續(xù)關(guān)系。至此，封閉甲板曲面構(gòu)建完畢。

圖3 NURBS曲線曲面Fig.3 NURBS curve and surface

1.2 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

基于1.1節(jié)的三維參數(shù)化建模思路，無人快艇的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法可以具體按以下步驟實(shí)施：

首先，在給定快艇下艇體的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)平整的常規(guī)甲板曲面，提取出對(duì)構(gòu)建甲板曲面起關(guān)鍵約束的控制參數(shù)，并分析這些控制參數(shù)之間的拓?fù)潢P(guān)系。其次，設(shè)計(jì)者根據(jù)參數(shù)之間的拓?fù)潢P(guān)系編寫參數(shù)化程序，并將這些關(guān)鍵參數(shù)顯示在人機(jī)交互窗口中，通過修改這些參數(shù)的可變范圍和變化步距生成大量的甲板曲面設(shè)計(jì)方案。最后，根據(jù)約束條件篩選出最優(yōu)的快艇自扶正設(shè)計(jì)方案。

2 無人快艇自扶正基本原理

2.1 快艇穩(wěn)性評(píng)估

船舶在外力作用下偏離其平衡位置而傾斜，當(dāng)外力消失后，能自行回復(fù)到原來平衡位置的能力，稱為船舶穩(wěn)性[17]。

圖4(a)表示無人快艇的等軸側(cè)視圖，圖4(b)～(e)分別表示無人快艇在不同橫傾角度下的橫剖面圖。FG表示艇所受重力，B表示艇的浮心位置。當(dāng)艇受到外力(傾斜力矩)作用時(shí)，其水線由正浮時(shí)的WL變化為WL1。這時(shí)艇的排水(水下)體積雖然數(shù)值大小沒有改變，但其形狀已經(jīng)發(fā)生了一定的變化。此時(shí)，重力和浮力的作用線不在同一條鉛垂線上，二者形成如圖4(c)和(d)所示的力偶MR，該力偶使得艇能夠回復(fù)到原來的平衡位置。

從重力作用點(diǎn)G作垂直于浮力作用線FB的垂線GZ，該垂線間長(zhǎng)即為復(fù)原力臂l的代數(shù)值大小。力偶MR與復(fù)原力臂l存在下述關(guān)系：當(dāng)l為正時(shí)，MR能夠使艇回復(fù)到原來的正浮位置；當(dāng)l為負(fù)時(shí)，MR不僅不能抵抗傾斜作用，而且使得艇繼續(xù)傾斜；當(dāng)l為零時(shí)，艇到達(dá)隨遇平衡狀態(tài)?？梢钥闯觯琹的符號(hào)決定了艇傾斜狀態(tài)下的自扶正能力。

圖4 無人快艇橫剖面圖Fig.4 Cross sectional view of unmanned speedboat

2.2 自扶正計(jì)算

由于本文研究的對(duì)象是遠(yuǎn)海無人快艇，因此致使快艇發(fā)生傾覆的因素主要來自于不確定性的風(fēng)浪流。在快艇發(fā)生傾覆或自扶正的過程中，由于外在因素的影響，會(huì)使艇在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中存在一定的角速度，因此若使艇在任意角度下都能夠自動(dòng)回復(fù)到正浮狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)自扶正，只需保證復(fù)原力臂l在0°～180°始終大于零(允許l接近零的情況出現(xiàn))。在下文中，滿足自扶正條件的含義等同于復(fù)原力臂l在0°～180°始終大于零，并作為快艇自扶正設(shè)計(jì)的其中一個(gè)約束條件。另外，快艇具備自扶正能力后，0°～90°最大復(fù)原力臂lm是影響快艇穩(wěn)定性的重要因素，lm愈大，快艇抗傾覆能力愈強(qiáng)，因此本文將lm作為快艇自扶正設(shè)計(jì)的優(yōu)化目標(biāo)。

如圖4(c)所示，φ表示艇的橫傾角度。艇坐標(biāo)系下，浮心位置B假設(shè)已經(jīng)確定，B的坐標(biāo)值為(xB,yB,zB)，重心作用點(diǎn)G的坐標(biāo)為(xG,yG,zG)。那么l的計(jì)算公式為:

l=yBcosφ+zBsinφ-zGsinφ

(2)

艇翻轉(zhuǎn)過程中，其重心保持不變，而浮心的位置卻是一個(gè)隨φ改變的量。

本文采用等排水量計(jì)算法[18]并結(jié)合分段線性插值[19]編寫相應(yīng)的VB程序，確定不同橫傾角φ時(shí)傾斜水線WL1的位置。此時(shí)，艇排水體積的形心即是浮心位置B。將B的坐標(biāo)代入式(2)計(jì)算不同橫傾角φ時(shí)的復(fù)原力臂l，進(jìn)而判斷其是否滿足自扶正約束條件。

2.3 自扶正功能的整體實(shí)現(xiàn)流程

自扶正功能的整體實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示，其中k表示滿足自扶正約束條件的設(shè)計(jì)方案數(shù)量，ε表示優(yōu)化算法終止條件。通過圖5，可以計(jì)算不同控制參數(shù)下的復(fù)原力臂，并獲得符合約束條件的最優(yōu)自扶正設(shè)計(jì)方案。

3 實(shí)例計(jì)算與分析

在該實(shí)例中，本文以大連理工大學(xué)自主研發(fā)的無人快艇方案為依托，以全封閉式無人快艇為例闡述自扶正的設(shè)計(jì)思想：即以“不改變已有艇體優(yōu)化后的甲板邊線以下型線”為前提，通過修改封閉甲板的設(shè)計(jì)參數(shù)來保證無人快艇的穩(wěn)性和自扶正性能。其中，封閉甲板設(shè)計(jì)參數(shù)的改變基于本文提出的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)思想加以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

圖5 自扶正功能實(shí)現(xiàn)流程Fig.5 Self-righting function implementation process

3.1 無人快艇方案

所述的無人快艇基本主尺度及性能參數(shù)如表1所示。

以上參數(shù)是通過前期對(duì)甲板邊線以下型線優(yōu)化設(shè)計(jì)后的最終結(jié)果，現(xiàn)基于以上條件進(jìn)行甲板曲面的自扶正優(yōu)化設(shè)計(jì)。在本文實(shí)例中，隨著甲板曲面設(shè)計(jì)參數(shù)的改變，甲板曲面的表面形狀和面積都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化?；诰帉懙淖苑稣?jì)算VB程序，對(duì)參數(shù)改變后快艇的排水量Δ和重心G進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果代入式(2)計(jì)算不同甲板曲面對(duì)應(yīng)的復(fù)原力臂。

表1 無人快艇基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of the unmanned speedboat

3.2 無人快艇的自扶正優(yōu)化過程

3.2.1 數(shù)學(xué)模型的建立

以艇體基平面、中站面、中線面的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，艇體基線為x軸(艇首為正方向)，基平面與中站面的交線為y軸(右舷為正方向)，中線面與中站面的交線為z軸(向上為正方向)建立如圖6所示的艇體坐標(biāo)系Oxyz。其中，P1、P2的位置坐標(biāo)在下艇體給定的前提下是確定的。設(shè)P1、P7之間的縱向距離為δx1，垂向距離為δz1，P2、P7之間的縱向距離為δx2。設(shè)P7的位置坐標(biāo)為(x7, 0,z7)。根據(jù)已有的艇體坐標(biāo)系，提取給定下艇體甲板邊線對(duì)應(yīng)的一系列坐標(biāo)點(diǎn)，通過對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)線性插值得到甲板邊線的空間方程h(x,y,z)=0。由于P3和P7的縱向坐標(biāo)相等，則可以通過方程h=0求得P3的橫向坐標(biāo)y3，此時(shí)P3、P7之間的橫向距離δy3=y3。設(shè)P5、P7之間的縱向距離δx5=μ1·δx1，垂向距離δz5=μ2·δz1，P6、P7之間的縱向距離δx6=μ3·δx2，P4、P7之間的橫向距離δy4=μ4·δy3。其中μ1、μ2、μ3、μ4為比例系數(shù)?？梢钥闯?，通過修改P7的位置坐標(biāo)和相應(yīng)的比例系數(shù)可以改變控制點(diǎn)P3～P6的位置坐標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)甲板曲面的變換。

圖6 艇體坐標(biāo)系Fig.6 Hull coordinate system

從穩(wěn)性角度出發(fā)，本文將快艇自扶正設(shè)計(jì)優(yōu)化問題簡(jiǎn)化為優(yōu)化lm的單目標(biāo)優(yōu)化問題：將快艇0°～90°最大復(fù)原力臂lm作為優(yōu)化目標(biāo)，自扶正性能及甲板邊線等作為約束條件，控制參數(shù)x7、z7、μ1、μ2、μ3、μ4作為變量建立無人快艇的自扶正數(shù)學(xué)模型：

(3)

3.2.2 自扶正方案的優(yōu)化

以圖6所示艇體坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，該無人快艇實(shí)例中，甲板曲面控制點(diǎn)P1的位置坐標(biāo)為(-3 540, 0, 953)，P2的位置坐標(biāo)為(3 560, 0, 1 006)。給定控制參數(shù)x7、z7、μ1、μ2、μ3、μ4的初始值，通過前文敘述的步驟構(gòu)建封閉甲板曲面，并計(jì)算對(duì)應(yīng)的復(fù)原力臂l，若l滿足自扶正條件，則可以得到當(dāng)前控制參數(shù)下的lm。

針對(duì)優(yōu)化目標(biāo)lm的求解特點(diǎn)，本文使用粒子群算法[20]對(duì)快艇自扶正方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。粒子群算法相較于傳統(tǒng)優(yōu)化算法擁有更高的計(jì)算效率和全局搜索能力，且具有很好的收斂性能[21]。因此使用該算法有利于提高本文的自扶正優(yōu)化設(shè)計(jì)效率。

在使用粒子群算法進(jìn)行自扶正優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先，根據(jù)控制參數(shù)取值范圍對(duì)參數(shù)進(jìn)行初始化，并計(jì)算每組迭代粒子的參數(shù)對(duì)應(yīng)的lm。其次，按照算法的更新規(guī)則對(duì)參數(shù)進(jìn)行更新，同時(shí)更新每組迭代粒子的最優(yōu)值和全局最優(yōu)值。最后，若算法滿足終止條件，則結(jié)束算法并輸出最終的優(yōu)化結(jié)果lm，即maxlm，否則繼續(xù)進(jìn)行迭代計(jì)算。

3.3 最終設(shè)計(jì)方案

根據(jù)前文敘述的穩(wěn)性基本原理和計(jì)算方法，以VB作為基本語言，編寫無人快艇自扶正設(shè)計(jì)程序。其程序界面如圖7所示。該程序具有以下功能：計(jì)算給定控制參數(shù)下的復(fù)原力臂；根據(jù)控制參數(shù)及約束條件，對(duì)快艇甲板曲面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出最優(yōu)的快艇自扶正設(shè)計(jì)方案，并輸出優(yōu)化結(jié)果。在運(yùn)行該程序時(shí)，通過讀取文件的形式將給定的快艇下艇體輸入程序，并提取甲板邊線作為設(shè)計(jì)約束。

首先，利用程序?qū)η拔乃龅淖灾髟O(shè)計(jì)無人快艇進(jìn)行復(fù)原力臂的計(jì)算。根據(jù)該無人快艇的設(shè)計(jì)要求，主機(jī)重心的縱向位置xM=-1 500 mm。如圖8(a)、(b)所示，無人快艇的初始甲板為平甲板形式，此時(shí)，甲板曲面只受快艇下艇體約束，與控制參數(shù)無關(guān)。直接運(yùn)行程序計(jì)算并繪制其對(duì)應(yīng)的復(fù)原力臂曲線，結(jié)果如表2項(xiàng)目1和圖9曲線1所示。可以看出，此時(shí)快艇的復(fù)原力臂不滿足自扶正設(shè)計(jì)要求。為與自扶正設(shè)計(jì)后的計(jì)算結(jié)果作對(duì)比，設(shè)平甲板曲面對(duì)應(yīng)的(x7,z7)為(-1 500, 1 050)，并取出自扶正設(shè)計(jì)程序在x7=-1 500 mm處的部分計(jì)算結(jié)果，得到如表2項(xiàng)目1～4和圖9曲線1～4所示的對(duì)比結(jié)果。其中，比例系數(shù)(其值需要考慮快艇的設(shè)備布置)的取值如表3第2列所示。表2中l(wèi)s表示最小復(fù)原力臂，φv表示穩(wěn)性消失角。由表2和圖9可以看出，當(dāng)x7和比例系數(shù)一定時(shí)，隨著z7的增大，快艇逐漸滿足自扶正要求。另外，由于快艇的整體質(zhì)量和重心高度隨著z7的增大而增大，而快艇下艇體的型值在自扶正優(yōu)化過程中保持不變，因此隨著z7的增大，正浮狀態(tài)到甲板邊線入水角度范圍內(nèi)的復(fù)原力臂l逐漸減小。

圖7 無人快艇自扶正設(shè)計(jì)程序界面Fig.7 Design program interface for self righting of unmanned speedboat

圖8 無人快艇方案Fig.8 Unmanned speedboat scheme

表2 自扶正設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of self-righting design

圖9 復(fù)原力臂曲線Fig.9 Righting arm curves

表3 甲板曲面比例系數(shù)Table 3 Proportional coefficient of deck surface

其次，利用程序進(jìn)行快艇的自扶正優(yōu)化設(shè)計(jì)。為保證程序的設(shè)計(jì)效率并考慮主機(jī)高度影響，同時(shí)結(jié)合給定下艇體的形狀特征和前文中控制參數(shù)改變對(duì)復(fù)原力臂的影響分析，控制參數(shù)x7、z7、μ1、μ2、μ3、μ4的取值范圍及粒子群算法的基本參數(shù)設(shè)置如圖7所示。其中，N表示粒子種群規(guī)模，c1和c2表示加速常數(shù)，Tmax表示最大迭代次數(shù)，Pw表示慣性權(quán)重，其數(shù)值隨迭代次數(shù)線性遞減，PV1-PV6分別表示x7、z7、μ1、μ2、μ3、μ46個(gè)維度粒子的速度上限值。若算法連續(xù)迭代30次lm值不變即認(rèn)為滿足迭代終止條件。運(yùn)行程序?qū)刂茀?shù)進(jìn)行初始化，并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算?？梢缘玫饺鐖D8(c)～(d)所示的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)控制參數(shù)及最優(yōu)值如表2項(xiàng)目5和表3所示。同時(shí)，可以繪制出如圖10所示的lm與迭代次數(shù)T關(guān)系曲線。

圖10 lm曲線Fig.10 lm curve

4 結(jié)論

1)通過加裝自扶正設(shè)備實(shí)現(xiàn)自扶正等傳統(tǒng)方法在考慮快艇的快速性和空間利用方面存在著不足之處。相較而言，本文利用無人快艇甲板不需要布放駕駛室及除用于無人駕駛通訊導(dǎo)航之外的設(shè)備等優(yōu)勢(shì)，結(jié)合以往自扶正設(shè)計(jì)的研究，運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)思想對(duì)快艇甲板曲面進(jìn)行幾何變換，提出一種符合自扶正要求的無人快艇設(shè)計(jì)方法。

2)該方法運(yùn)用有限個(gè)控制參數(shù)構(gòu)建甲板曲面，由給定的快艇下艇體獲取設(shè)計(jì)約束，并運(yùn)用粒子群算法對(duì)優(yōu)化問題進(jìn)行求解，得到具有最大lm值且滿足自扶正要求的遠(yuǎn)海無人快艇設(shè)計(jì)方案。

3)運(yùn)用本文的方法在無人快艇的設(shè)計(jì)初期只需提供有限個(gè)約束條件內(nèi)的控制參數(shù)便可以快速得到滿足自扶正要求的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；同時(shí)，運(yùn)用該方法可以在不改變艇體快速性和操縱性的基礎(chǔ)上，有效地實(shí)現(xiàn)自扶正功能；并且運(yùn)用該方法進(jìn)行無人快艇的自扶正設(shè)計(jì)，無需額外添加實(shí)現(xiàn)自扶正功能的設(shè)備，既節(jié)省了布置空間，又節(jié)約了增添自扶正設(shè)備的成本，且有效地拓展了水密甲板的功能。

在計(jì)算復(fù)原力臂l時(shí)，本文只考慮了橫傾的情況。但是對(duì)于高速小艇而言，在橫傾的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度的縱傾。因此，在接下來的研究中，本課題將進(jìn)一步考慮縱傾的影響，從而使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際情況。