科技的进步会促进观测技术的革新,如显微镜、望远镜、卫星等技术的出现使得人类可以观测微观和宏观,甚至可以在地表以外建立观测视角。然而,时至今日,人类对海底的情况依然所知甚少,因此海底观测视角的建立迫在眉睫,将有助于进一步了解海洋、地壳、物种以及勘探和开采能源等。建立这一视角,需要基于安全稳定的海底平台来实现。海底平台将会在其生命周期内98%以上的时间坐底在漆黑、高压的海底,无法实时监控平台的状态,因此优秀的坐底稳定性是其安全的保障。本文从平台坐底水动力特性的角度出发,研究一种海底平台的坐底稳定性及其影响因素。将平台和环境模型参数化表达后,改变超参数可获得不同形状的模型。从自身结构和环境两方面因素出发,对网格进行无关性检验后,利用CFD进行数值模拟,计算了14个系列工况,近150个算例,获得了各个工况的升力、阻力和升阻比的数据,根据速度和压力云图分析并说明了平台水动力产生原因及影响因素,得到相应的结论。依据计算数据和结论,分别应用基于回归分析的优化方法和基于模糊理论的优化方法,以海底平台最佳的坐底稳定性为优化目标,进行优化设计研究,均得到了最优化的平台参数。(1)改变平台自身结构的尺寸、形状和相对位置,研究了平台上下甲板折边高度,浮筒数量、尺寸及相对位置,甲板-浮筒组合体长度和有无减重孔等4项因素水动力特性的影响。研究表明,增加了下甲板使得原本方向向上的升力转为向下,这一方向的升力有利于平台坐底稳定。无论浮筒数量如何,平台上甲板折边高度变化导致升力和阻力线性变化;下甲板折边高度变化导致升力非线性变化,阻力线性变化。因此,有一最佳的下甲板折边高度使得平台坐底稳定性最好。升力主要由迎流段下甲板产生,阻力与迎流面积成正比。坐底稳定性对下甲板折边高度的敏感程度大于上甲板。与此同时,直径大且间距大的浮筒越有利于坐底稳定性。为了避免尾涡的出现,浮筒应紧靠在上甲板的下表面,这样也可以提高平台的坐底稳定性。平台的升力、阻力均与甲板-浮筒长度呈线性关系,升阻比随长度的增大而趋近于一稳定值。横隔板会导致产生升力的压力区不连续,升力减小。具有相同的有效甲板-浮筒长度,二块子平台相连产生向下的升力和升阻比约是一块子平台的3/4,二者阻力相近。有减重孔平台产生较大的负向升阻比,有利于坐底稳定性。因此,在设计时可以在满足结构和材料稳定的前提下,适当增大甲板-浮筒长度,减小横隔板数量,设计合适的减重孔,以提高坐底稳定性。(2)改变平台坐底地形和流速,研究环境对平台水动力特性的影响。其中地形包括峰点、谷点地形等,流速包括稳定流速、正弦流速、阶跃流速等。研究表明,谷点环境的坐底稳定性大多优于水平海底面,而具有较小的峰高和较小的峰坡度的峰点环境更有利于坐底稳定性。流速改变导致升力和阻力非线性变化,但升阻比平稳变化。因此,平台在某一流速下满足坐底稳定性,可认为平台在其他流速下也满足坐底稳定性。流速改变的瞬间,平台不稳定因素加大,尤其在流速下降的过程中呈现正向升阻比。极端流速会威胁平台的坐底稳定。(3)基于CFD数值模拟获得的数据,以海底平台最佳的坐底稳定性为优化目标,对平台超参数的_uh、w、d、D、_dh等进行优化设计研究,包括基于回归分析和基于模糊理论两种优化方法。利用回归分析,对升力、阻力和升阻比关于上述五个参数分别进行回归拟合,并依据优化目标,求解关系式,分别得到五个参数的最优解。该方法可获得全局最优解,但参数两两间相互独立。为了综合评价平台坐底稳定性,搭建一套由该五个参数构成的综合评价体系。依次应用层次分析法、模糊理论、数学优化等方法对平台进行优化求解。该方法可获得局部最优解,但可以综合考虑五个参数。两种优化方法各有利弊,可针对不同问题酌情使用。本文的研究结论和计算方法可为海底平台的优化设计和水动力性能分析提供思路,也可提供经验参考。这对于研发海底科技装备、建立海底观测网和海底空间站等具有积极意义。