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。

舰船腐蚀相关静态电场水下电位特征研究

为深入分析舰船静电场信号特征,在船模试验和海上平面电位测量阵列实测数据的基础上,对舰船腐蚀相关静态电场水下电位特征进行研究。首先根据船模试验分析了阴极保护系统工作下的舰船静电场信号特征,发现阴极保护系统对静电场信号的量级影响较大;其次对海上实测数据获得的典型舰船水下电位信号进行时域和频域上的分析,结果表明,静电场能量主要集中在0~0.1 Hz频段内;最后根据水下电位分布规律,发现以12 dB作为检测门限时,在240 m以浅深度,相邻传感器之间的距离不大于320 m时,传感器阵列才能准确探测水面等效源强度为10 A·m的舰船电场。

存在垂直岸壁时舰船水下标量电位分布特征研究

为研究存在垂直岸壁海域中舰船水下标量电位的分布特征,首先采用水平直流电偶极子作为舰船电场等效场源,基于稳恒电场镜像理论,推导了垂直岸壁存在时水平直流电偶极子在海水区域中产生的标量电位分布表达式;然后,以此为基础,对垂直岸壁存在时舰船水下标量电位的分布特征进行了仿真分析。结果表明:垂直岸壁的存在并不改变舰船水下标量电位分布的整体趋势,但电导率小于海水的垂直岸壁会增大标量电位的绝对值,且岸壁电导率越小、场点距离岸壁越近,标量电位的绝对值增大越明显。最后,在实验室中模拟存在垂直岸壁的海域环境,实测了模拟场源下方某一深度平面上的标量电位分布,验证了理论推导和仿真分析结果的正确性。

海床倾斜水域潜艇水下标量电位分布特征分析

为探索潜艇处于复杂水域时水下标量电位的分布,将海床倾斜水域作为切入点,在利用镜像法推导出海床倾斜水域潜艇水下标量电位的分布表达式后,对水下电位的分布特征进行仿真分析,并与传统平行分层环境下电位分布进行对比。研究表明:海床倾斜水域潜艇水下电位分布特征明显,量值可观,可用于潜艇的探测与定位;小角度范围内,改变海床倾斜角度和海水电导率,所研究水域电位分布特征的区域性不变,其量值随海床倾斜角度增大呈线性增加,随海水电导率增大呈非线性衰减;相比于平行海床水域,海床倾斜时不存在电位为0的场点,且沿偶极矩方向的对称性丧失。研究结果为进一步研究更为复杂水域潜艇腐蚀相关电场的场分布问题奠定了基础。

浅海环境下界面对舰船水下标量电位的影响

针对目前平行分层界面对舰船水下电场的影响研究未进行量化分析的不足,提出以修正系数表征界面对标量电位分布影响的方法。该方法可以量化平行分层界面对标量电位产生的影响,通过研究界面修正系数与海洋水深、海水电导率、场源间距等因素的关系,可以藉此掌握这些因素对舰船水下标量电位分布的影响规律。仿真分析表明,界面修正系数随场源间距、海水电导率增大而增大,随海洋水深、海床电导率增大而减小,不同条件下存在不同的有效修正次数。采用修正系数和有效修正次数的概念,可以将无穷项求和的场分布表达式改写为有限项求和,降低场分布表达式的复杂程度,使其更易于在场源反演、深度换算等实际应用中运用。

竖直岸壁对舰船水下标量电位分布的影响研究

为研究竖直岸壁对舰船水下标量电位分布的影响,采用水平电偶极子作为舰船电场等效场源,基于稳恒电场镜像理论,推导了表征竖直岸壁对舰船水下标量电位分布影响的数学表达式;采用数值仿真的方法,就竖直岸壁对舰船水下标量电位分布的影响规律开展研究。结果表明:随岸壁、场点相对方位改变,竖直岸壁对标量电位的影响具有明显的方位指向性;与舰船航向平行的岸壁可使除舰船中横剖面外所有场点处的标量电位绝对值增加,且场点距离岸壁边界越近,其量值以及对称性受到影响越大。在实验室中模拟了同时存在四个方位竖直岸壁的海洋环境,实测模拟场源下方一定深度平面上的标量电位分布,通过和仿真结果的对比,验证了理论推导以及仿真研究结论的正确性。

舰船水下标量电位分布特征研究

为深入掌握舰船水下标量电位分布特征,以其基本模拟体——电偶极子为对象,着重对海洋环境电导率分布、源强度、测量深度、界面等因素对水平直流电偶极子所产生的水下标量电位的影响进行数值仿真分析和实验室测量研究。通过对比分析,表明:海洋环境电导率不影响水下标量电位的区域分布特征,但影响标量电位大小,海水电导率越小,标量电位的值越大,但并不是简单的反比关系;不同测量深度平面上标量电位的大小及其区域分布特征均有变化,场源深度差越小,标量电位越大,同时峰值点位置相对源点的水平偏离越小;标量电位的大小与电偶极子的偶极矩成正比;界面对标量电位的影响不可忽略,空气-海水界面的存在增强了水下标量电位。研究结果可为舰船水下电磁场的推演和预报、舰船结构的电磁隐身设计、水中兵器电磁引信设计提供参考。