臺灣博碩士論文加值系統

本研究為探討潛艇上浮及下潛運動的操作靈敏性，利用數值模擬方法進行潛艇相對運動之三維流場解算，並結合田口法動、靜態分析及統計原理，設計較具效率之實驗組合，以潛艇作上浮、下潛運動時各控制翼對重心產生之縱搖力矩(pitch moment)值及總阻力值等多目標進行優化設計。首先考慮前後控制翼之構型，以NACA四位數之對稱翼型體進行二維流場數值模擬，並利用田口法動態分析的方式進行β值（靈敏度）分析，β值愈大之構型愈是符合期望；確定翼面構型後，則延伸於潛艇整體構型設計，考慮潛艇長徑比、前翼位置及帆罩位置等三個控制因子進行潛艇三維流場數值模擬，使用田口直交表分析重心位置縱搖力矩及總阻力值，並轉化為訊噪比(SNR)作為品質指標，經由變異數分析探討因子間效果影響。為探討潛艇縱搖力矩望大及總阻力望小之多品質特性問題，使用類神經網路(ANN)建立非線性模型，透過適應式粒子群算法(APSO)尋優，以獲得穩健的參數設計。最後再經加權的品質損失減少百分比(Weighted PRQL)，以設計出最適化之水準組合。

The goal for the research is to analyze the agility of lifting and diving motion of submarine by means of numerical simulation with three-dimensional flow field calculation, and then integrating the analysis of dynamic and static problems from Taguchi method and statistic theory to create more efficient experimental combination for designing the best performance of multiple quality characteristics such as the total drag force and the pitch moment from the gravity center. Firstly, take the types of forward and afterward plane into consideration by conducting two-dimension flow simulation with NACA 4-digit series, and then using the Taguchi dynamic method to analyze the β (sensitivity), which we are looking for the value as greater as possible. Once the type of forward and afterward planes has been decided from the method mentioned above, then applying the results to further configuration design of submarine by conducting three-dimension flow simulation with three factors: the length-diameter ratio, the position of the forward plane, and the position of sail. Moreover, take the analyzing data of pitch moment and total drag force from the orthogonal array into the signal-to-noise ratio (SNR) in order to study the effects of the factors by ANOVA. Lastly, use Radial Basis Function Network (RBFN) which is a method to construct a non-linear model, and find out the best factor-levels combination for two quality characteristics by the use of the adaptive particle swarm optimization (APSO) and the weighted percentage reduction of quality loss (WPRQL).

誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 x
符號表 xiii
1. 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 6
1.3 文獻回顧 8
1.4 研究架構及目標 11
2. 研究理論 13
2.1 計算流體力學方程式 13
2.1.1 統御方程式 13
2.1.2 紊流模型 15
2.1.3 標準k-ε模型 16
2.2 數值計算方法 17
3.實驗設計及分析 20
3.1 實驗設計法 20
3.1.1 田口法 20
3.1.2 直交表 21
3.1.3 訊噪比 22
3.1.4 田口法動態分析 23
3.2 變異數分析 27
3.3 智慧型參數設計 28
3.3.1 迴歸分析 28
3.3.2 類神經網路 30
3.3.3 粒子群優化算法 34
3.3.4 品質損失函數 37
3.3.5 總期望值 39
4. NACA翼型體二維流場數值模擬 43
4.1 NACA實驗流場再現 43
4.1.1 NACA四位數翼型體 43
4.1.2 風洞實驗文獻回顧 44
4.1.3 風洞流場模擬 46
4.2 構型分析 48
5. 潛艇三維流場數值模擬 50
5.1 潛艇構型設計 50
5.1.1 三維潛艇幾何圖形繪製 53
5.1.2 網格佈建及計算域邊界條件設定 54
5.2 數值模擬流場解算結果 58
6.結果與討論 61
6.1 NACA翼型體構型分析 61
6.1.1 田口法動態分析 61
6.1.2 理想函數轉換 62
6.2 潛艇構型品質特性分析 63
6.2.1 田口直交表分析 63
6.2.2 潛艇縱搖力矩品質特性分析 64
6.2.3 潛艇總阻力品質特性分析 69
6.3 多品質智慧型參數設計 71
6.3.1 線性迴歸建模 71
6.3.2 類神經網路非線性建模 76
6.3.3 品質損失減少百分比(PRQL)最佳化結果 80
6.3.4總期望值最佳化結果 84
6.4最佳化設計之參數分析 85
7.結論 93
7.1 研究成果 93
7.2 未來研究方向 96
參考文獻…………………………………………………………………………….97
論文發表…………………………………………………………………………...102
自傳………………………………………………………………………………...103

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