标量磁位积分方程法计算舰艇三维静磁场

掌握舰艇磁场分布规律是实施舰艇磁防护技术的重要前提,采用积分方程法计算舰艇三维静磁场是有效手段之一。积分方程法通常建立以剖分单元内磁化强度或者磁感应强度为待求量的方程组,基于所求得的源区值获得整个场域的解。若想进一步提高磁场计算精度,需要增加网格密度,代价则是计算机的内存需求和计算量急剧增加。针对这一问题,采用一种以标量磁位为待求量的积分方程。将铁磁源区划分为四面体单元,根据变分原理将未知函数分片展开,按照单元和节点的相对位置关系寻找奇异积分,采用参数替换的方法转化为非奇异积分。球体解析模型表明:使用标量磁位进行建模仅需将源区离散为粗糙的网格单元即可得到高精度的磁场计算结果;网格加密后,标量建模方法在保持计算精度的同时,内存需求和CPU执行时间大幅小于矢量建模方法。开展了三维舰船磁场的虚拟验证实验,对于大型船体等需要精细划分网格的铁磁物体,标量磁位积分方程法计算得到的磁场与有限元商业软件的计算结果吻合较好,并且与矢量建模方法相比更加高效和节约内存。

潜艇闭环消磁中外部空间的磁场推算

利用实时测量的内部磁场值准确推算出外部空间目标磁场值是潜艇实现闭环消磁要解决的关键技术之一。通过虚拟磁源法,得到了表征潜艇内外空间磁场变化量之间关系的表达式。对利用积分方程法模拟得到的潜艇模型内外空间磁场进行了仿真实验,实验结果表明:用内部数据推算得到的外部空间磁场与仿真数据几乎完全吻合。在实验室用潜艇模型进行了验证实验,推算数据与实测数据依然吻合,相对均方根误差最大为6.5%,该方法可用于潜艇闭环消磁中外部空间磁场推算。

基于遗传算法的磁性目标磁模型

磁性目标形体复杂,磁化不均匀,目前一般采用逆方法拟合测量数据,从而建立其磁模型.文中以系数矩阵的条件数为目标函数,利用遗传算法搜索磁偶极子的位置,同时监测拟合误差,使得目标函数达到最优的同时,拟合误差也满足要求.实测数据的建模结果表明,用该方法建立的磁场模型精度高,对测量误差不敏感,具有很强的鲁棒性.

两层模型中直流电流元产生的电磁场

利用矢量磁位和二维傅里叶变换推导了两层模型中垂直直流电流元和水平直流电流元电磁场直角坐标系下各分量的计算公式 ,这些公式为初等函数表达式 。

并矢格林函数法求解海水中电偶极子电场

海水中电偶极子的电磁场是目前水下通讯和水中目标探测方面的研究重点。利用并矢格林函数法对海水中电偶极子产生的电场进行求解 ,得到的解的形式简洁 ,且易于求解任意电流分布所产生的场。

低磁舰艇设备磁场简化建模方法研究

铁磁设备的磁性是低磁舰艇磁性的主要来源,在用静磁场积分方程法求解低磁舰艇的磁场时,由于铁磁设备众多导致的磁源复杂性严重影响了计算的速度,为此提出了设备磁场简化建模方法。为验证该方法的正确性和有效性,将其应用于地磁场磁化下柴油机的磁场计算中。计算值和实际值的一致性表明该方法完全可应用于低磁舰艇设备的简化建模,有一定的工程实用价值。

基于体单元与测点间磁场映射关系的舰艇感应磁场测量方法

针对数值计算方法精度难以保证、双航向及两地测量法难以实施、地磁模拟法测量精度与所模拟的地磁场均匀度高度相关等问题,提出了一种基于体单元与测点间磁场映射关系的舰艇感应磁场测量方法。该方法利用消磁站已有的地磁补偿线圈产生磁场来对船体进行磁化,且不需要线圈产生的磁场在舰艇所占区域内均匀,因而大大降低了在单一航向上准确测量舰艇感应磁场的难度。仿真分析和实验室实验的结果均表明:该方法测量精度高、测量步骤简单、易于工程实现。

利用最小二乘支持向量机求解潜艇内外磁场映射模型

为提高潜艇磁隐身能力,应对潜艇固定磁场进行实时监测,提出利用最小二乘支持向量机的潜艇内外磁场映射方法。结合内外映射法和最小二乘支持向量机原理,通过交叉验证优化模型参数,建立由内到外的潜艇磁场映射模型。以潜艇外部垂向固定磁场变化量为分析对象,仿真和实验结果均与标准值吻合良好。与径向基神经网络算法相比,该方法的泛化能力和推算精度有明显提高,且更符合工程实际,对闭环消磁技术的研究具有指导意义。

海水中电磁波的弯曲

利用导电媒质中的斯耐尔定律 ,研究了电磁波在空气—海水界面的行为及在海水中的传播情况 ,得出了低频电磁波总是沿垂直海面的方向向海里传播 。

舰船磁场动态检测中舰船航迹测量方法研究

针对目前采用GPS或全站仪定位时需要与舰船合作操作、效率低下等问题,提出了一种基于图像匹配定位技术的舰船航迹测量方法,即当舰船通过测量区域时,利用两台摄像机对其进行同步拍摄,然后将视频实时传输至笔记本,再用光流法、Meanshift算法和SURF特征对视频进行处理从而得到舰船在不同时刻的三维坐标,最终确定其航向和位置。实验结果表明:在10 m的拍摄距离下,目标定位误差平均为0.096 m。采用该方法对舰船航迹测量时定位精度较高且后期操作简单易行,具有非合作的特点。

低磁钢舰艇消磁系统绕组安匝调整

针对某低磁钢舰艇船体低磁、消磁系统绕组多区段设计及某消磁站行车测磁等特点,总结了低磁钢舰艇进行绕组安匝调整的一般步骤,分析了低磁钢舰艇绕组安匝调整中容易出现的问题并提出了解决措施。实船调整结果表明,利用所编制的安匝量计算软件能快速给出安匝调整方案,根据该方案进行调整能将结果磁场补偿到要求范围之内,从而节约了大量时间,并发挥了低磁钢舰艇磁性防护性能高的优点。

基于控制器局部网(CAN)的远程数据采集系统

研制的水下目标信号检测系统采用了ＣＡＮ总线来构建远程数据采集系统，对８个传感器信号实现实时采集与传送，实践证明该系统具有结构简单、性能可靠、传输距离远、价格低廉等优点。

磁性船模制作中薄壳铁磁材料的等效替代研究

针对船模制作过程中舰用薄钢板采购费时、价格昂贵等问题,研究了一种被称为"磁导率-厚度积成比例"的方法。仿真分析结果表明,当两种薄壳体材料的磁导率-厚度积相等时,它们制作出的船模的感应磁场是相等的,因而这两种薄壳体材料可相互替代,且替代后不会改变壳体内部铁磁设备的磁场分布,不会改变消磁绕组通电磁场及绕组通电使舰艇铁磁物质磁化后所产生的磁场分布。这些结论充分说明,在磁性船模制作中采用普通薄钢板来等效替代舰用薄钢板是完全可行的,这将极大地提高磁性船模的制作效率,降低制作成本。

舰船极低频电场的产生机理及其防护

舰船极低频电场由于能在海水中传播到很远的距离,而且很容易被探测到,已成为舰船的一个重要目标特性.螺旋桨转动调制舰船腐蚀电流和外加电流阴极保护系统在海水中产生的电流是舰船极低频电场的2个重要来源.质量较差的阴极保护系统(ICCP)中的电源滤波器也会导致极低频电场的产生.电磁场防护结构工艺、被动轴接地系统、主动轴接地系统和电场抵消系统是目前降低舰船极低频电场的主要方法.

轴转动调制腐蚀电流产生的极低频电场的测定

钢制船壳和青铜制螺旋桨之间在海水中会因电化学作用而产生腐蚀电流 ,该电流会从螺旋桨、经转轴、轴承、密封圈及其他一些机械线路回到船壳。随着螺旋桨转轴的转动 ,这个回路的电阻抗会发生周期性的变化 ,使得海水中的电流受到调制 ,从而产生极低频的电磁场由船体向外传播。文中利用船模和Ag/AgCl电极在实验室具体测量了螺旋桨转动时调制船模在海水中的腐蚀电流而产生的极低频电场。测量结果表明 ,由不同金属制成的船壳和螺旋桨之间的腐蚀电流经螺旋桨转动的调制后 ,会产生与螺旋桨转速具有相同频率的极低频电场 。

基于六面体单元表面磁场积分法求解三维静磁场

三维静磁场计算分析在工程中具有广阔的应用背景。在磁场积分法求解三维静磁问题中,根据均匀磁化体磁化特征将系数矩阵体积分计算形式化简为面积分计算形式,简化了运算且消除了系数矩阵积分计算的奇异性。为适应任意复杂形体剖分,选择非规则六面体作为剖分单元,导出了其单元耦合系数的解析求解方法,从而消除了传统计算中采用数值积分近似计算带来的误差。基于上述两者分析,建立了基于六面体单元表面积分的三维静磁场计算模型。为验证该方法的正确性和有效性,将其应用于地磁场磁化下球壳和空心圆柱体的空间磁特征分析实例中。计算值和实际值的一致表明该方法完全可应用于工程实际的三维静磁场分析,有一定的工程实用价值。

深海中极低频时谐垂直电偶极子电磁场的解析解

将海水看作线性、均匀、各向同性的半无限大导体空间 ,利用汉克尔变换及开尔文函数的近似展开式 ,推导求得了极低频时谐垂直电偶极子在深海中产生的电磁场的解析表达式 .运用文中推导的解析表达式 ,可以计算海水中任意场点的电磁场值 .

基于微粒群算法薄钢板磁场推算中的位置优化

基于积分方程法进行薄钢板两侧磁场推算时方程离散化后容易呈现病态,提出了一种依据磁场计算和剖分单元数进行测量点数的优化方法.该方法利用随机类微粒群(PSO)优化算法确定相应的测量位置分布,不但解决了测量位置优化问题,而且需要的测量点数较少,推算精度大大提高.通过钢板实验中2组不同测量位置的磁场推算实例,验证了优化位置的有效性.

载体感应磁场的改进积分方程法

针对几何结构复杂的载体感应磁场计算问题,提出采用面单元和体单元分别对铁磁物体薄壳体结构、非薄壳体结构剖分,并实现了感应磁场的积分方程法计算。球-球体模型解析算例表明,所提方法数值精度可靠,其平均相对误差不超过0.27%;船舶模型仿真算例表明,该方法在单元量规模较小时计算精度较好,体现了方法在载体感应磁场建模方面的优势。将该方法分别应用于潜艇主舱段-设备模型和潜艇主舱段模型磁场计算时,数值结果与实验结果平均相对误差均小于2%,数值和实验结果比较表明,铁磁设备对模型磁场影响显著。仿真和实验算例均表明所提方法可有效应用于载体的感应磁场计算,具有一定的工程实用价值。

舰船轴频电场的实验验证

阐述了海水中舰船极低频电场的产生机理,并利用船模在实验室实际测量了腐蚀电流和外加防腐电流 经螺旋桨转动的调制后在海水中产生的极低频电场。测量结果表明,由不同金属制成的船壳和螺旋桨之间的 腐蚀电流和防腐电流经螺旋桨转动的调制后,在海水中会产生以螺旋桨转动频率为基频以及高达几百赫兹 的谐波的极低频电场,成为舰船的一个重要目标特性。