通过式消磁站线圈系统仿真设计

[目的]为了实现船舶方便和快速的退磁,提出一种通过式消磁站的线圈系统设计方案。[方法]构建相应的仿真模型,包括垂向补偿线圈、横向补偿线圈和垂向工作线圈,并采用MagShip软件进行仿真分析。[结结果]垂向补偿线圈可产生80 A/m的垂向补偿磁场,均匀度约95%;横向补偿线圈可产生40 A/m的横向补偿磁场,均匀度约95%;二者组合可抵消被退磁船舶所受到的地磁场作用。垂向工作线圈可产生超过2 000 A/m的交变工作磁场,为船舶退磁提供工作能量。[结结论]数值仿真结果表明,所提出的消磁线圈设计方案不但能较好地补偿地磁场,而且能产生足够幅值的交变磁场。所得结果对通过式消磁站线圈系统工程设计具有一定的理论指导意义。     

Calculation of vaulted magnetic field above ship using equivalent surface magnetic charge北大核心CSCD

[目的]为了获得舰船上方不同高度平面磁场数据,解决舰船上方拱顶磁场推算到平面磁场的问题,提出用面磁荷法进行舰船上方的磁场推算。[方法]从等效源理论出发,利用拱顶磁场数据进行反演建模,将舰船磁场等效为面磁荷产生的磁场,用面磁荷正演舰船上方的磁场。将面磁荷法推算出的磁场与舰船实际磁场进行对比,验证面磁荷法的可行性。[结果]通过数值仿真计算,舰船磁场垂直分量推算的相对均方根误差为0.44%;利用磁性船模进行实验分析,磁场垂直分量推算的相对均方根误差为7.64%。[结论]仿真和船模实验分析表明,利用面磁荷法进行磁场推算,其推算值与测量值较为吻合,推算的相对均方根误差较小,具有较高的精度,可用于实际工程计算。     

基于CFD方法的舰船顶浪运动响应幅值算子计算

基于计算流体力学(CFD)方法,给出了舰船在波浪中运动的数值模拟方法,采用边界造波法生成了精确的三维规则波浪,实现了DTMB 5512船模在2种不同波高规则波中顶浪运动时的垂荡及纵摇耦合运动数值模拟,求取了垂荡及纵摇运动的响应幅值算子,通过船模水池实验数据及势流理论方法验证了数值模拟方法的精确性.     

钢板磁导率变化对船舶感应磁场的影响

船舶用钢由于受焊接和切割等热处理及加工工艺的不同,磁导率会发生较大变化,导致舰船磁场也发生改变。在电磁理论的基础上,通过舰船磁场数字仿真计算,研究钢板磁导率变化对船舶感应磁场特性权重的影响,分析舰船磁场的变化范围,并通过磁性物理船模试验进行验证。结果表明,当钢板磁导率变化范围为20%时,船舶感应磁场各分量特征曲线总体趋势保持不变,但其磁场幅值发生较大变化,其中纵向磁化磁场变化19.3%,横向磁化磁场变化17.1%,垂向磁化磁场变化16.2%。     

舱内电气设备对舰船感应磁场的影响研究

舰船机舱内部装有大量电气设备,由电磁产生的原理可知,电气设备中的线圈会因通电产生特定磁场,从而也会对舰船感应磁场产生影响。针对舰船模型在简化时因磁屏蔽效应存在常常忽略电气设备通电产生的磁场这一问题,采用数值分析方法,以某驱逐舰为研究对象,考虑电气设备产生磁场的部位为通电线圈,因此对舰船机舱内部的某电气设备简化为通电线圈。通过分析机舱内部电气设备在舰船磁导率、船体厚度的作用下,得出电气设备对舰船感应磁场的影响规律。结果表明,对于低磁导率、低厚度的舰船在进行感应磁场计算时,舰船内部电气设备在简化建模时需要考虑的必要性。所得规律可以快速地预测机舱内部的电气设备在建模计算时是否需要保留。     

一种舰船垂向磁场换算成矢量磁场的方法

获得舰船磁场的最简单、经济的方法是,当舰船通过其下方某一深度(正交于舰首方向)的垂向磁传感器阵列平面的时候,测量舰船垂向磁场分量。采用数学方法处理垂向磁场数据,推算出舰船的矢量磁场(3个方向的磁场)。该方法非常容易在计算机上实现,它具有在数秒内获得精确结果的优点,并且既省钱又省力。同时仅需要少量磁传感器,便能得到任何方向的磁场。     

基于磁体模拟法的舰船磁场补偿技术

针对舰船消磁系统快速准确解算、通用性强的设计要求,以磁体模拟理论为基础,提出了基于磁体模拟法的舰船磁场补偿技术.通过将舰船磁场补偿问题转换为求解若干反向等效磁源的磁矩,建立一种通用数学模型来实现消磁过程,并在此基础上形成满足实际应用需求的简化模型.将船模实测数值与仿真结果进行反向比对,表明在垂向磁场补偿方面,通用数学模型与其简化模型所取得的磁场补偿效果十分接近,但简化模型的解算速度较快,更能满足工程实用要求.     

LMS算法在舰船磁场信号检测中的应用

针对检测舰船磁场信号时信噪比较低的问题,提出了一种基于变步长LMS算法的检测方法.根据舰船磁场信号的实际特征,首先采用小波阈值去噪法对实测信号进行处理,去除测量信号中的白噪声,并提取最后一层的低频分量,滤除高频噪声;再采用变步长LMS算法对低频分量进行自适应滤波,进一步滤除噪声,提取舰船磁场特征信号.船模实验的结果表明,该算法可以显著提高信噪比,增强了对舰船磁场信号的检测能力.     

舰船壳体模块感应磁场的等效计算

典型的舰船壳体是主要由薄钢板和肋骨构成的复杂结构,采用磁矩量法计算其感应磁场时,会碰到数据准备复杂,剖分单元数目过多的问题。按照横截面积与磁化率乘积相等的原则,将舰船壳体模块等效简化为一个各向异性的简单薄钢板结构。针对一个有代表性的数值算例,采用磁矩量法分别计算简化前、后舰船壳体模块的感应磁场,并对比计算结果。研究发现,等效前后的计算误差不超过1.5%,证明所提出的磁性等效方法不仅能简化数据准备工作,而且还可以减少单元数目,对于磁矩量法计算非常有利,能够作为计算舰船壳体感应磁场的一条可行途径。     

测量纵向航向差的新方法

针对两航向测量纵向航向差Zix的弊端,设计了一种在单一航向上测量Zix的新方法.利用通电线圈产生的磁场来改变作用于舰船外部的纵向磁场,通过两次测量值计算出Zix.在实验室利用船模实验验证了该方法,得到了比较理想的效果.该法避免了调换航向造成的人力、物力和资金损耗,节约了消磁时间,提高了消磁效率,具有很重要的实际意义.     

基于虚拟仪器技术的信号模拟和测试系统设计

讨论采用虚拟仪器的技术,把计算机强大的处理功能和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起,实现对不同负载平行环电流的精确设定,模拟产生零磁空间,并采用高性能单片机实时控制,模拟舰船在不同姿态下的固定磁场或感应磁场,同时通过对消磁设备输出响应进行高速采样测试、计算,实现对消磁设备性能指标的精确自动测试,解决了使用部队设备维修后的性能检定难题。     

船载铁磁物体对全船磁场影响的数值预测方法

舰船复杂的结构和多样的铁磁材料使得建立准确的舰船磁场模型十分困难,研究船载铁磁物体对全船磁场的影响规律是建立舰船磁场简化模型的必要前提。基于三维静磁积分法,提出一种船载铁磁物体对全船磁场影响的数值预测方法。首先以圆筒和钢板混合模型为计算实例,模拟计算结果与实验测量值吻合较好,由此说明数值模拟计算的有效性和正确性;其次,设计某型船模的数值计算模型,分析研究内部铁磁设备、垂直舱壁及水平舱壁对全船磁场的影响规律。结果表明,对于低磁材料的舰船,不能忽略船载铁磁物体对全船磁场的影响。所得结论对实际舰船磁场建模工程具有一定指导意义。     

基于神经网络的舰船方向识别

在研究舰船感应磁场垂直分量规律的基础上，以该参数作为舰船方向识别的新的特征量，利用人工神经网络对不同方向的舰船进行了精确识别，并给出了处理方法及检验结果。     

采用边界元素法延拓舰船磁场

从边界积分方程出发,介绍利用边界元素法来进行舰船磁场延拓的方法。通过船模实验验证了该方法的有效性,实验表明该方法具有较强的工程实际意义。     

自然空化下潜艇感应电磁信号的演化北大核心CSCD

[目的]扰动海水切割地磁场所引起的感应电磁特征可为非声探测技术提供重要信息,鉴于高速航行潜艇流场与电磁场之间复杂和高度非线性作用,需深入分析自然空化引起的湍流结构变化对感应电磁场的影响规律。[方法]首先,基于流体动力学和电磁学,建立流体-电磁耦合的多物理场数学模型;然后,采用Fluent软件进行数值模拟以获得空化演变过程中近场电磁信号的强度和范围,以及不同空化数下感应电场的时频特征。[结果]仿真结果表明:空泡形态的演变使电磁场表现出明显的准周期性非稳态波动特征;感应电场和磁场的量级分别为10^(-1)mV/m和10^(-2)nT,均在目前最先进的仪器测量范围之内。此外,空化数与感应电场的时频特性高度相关,当空化数由0.4减小到0.2时,感应电场的波动强度显著增强,其主频率从49.94 Hz减小至34.19 Hz,且低频波动分量随之增加。[结论]潜艇的感应电磁特性可用于指导水下运动体的非声探测,同时感应电场的主频率范围可为高速潜艇的电磁通信频率选择提供参考。     

基于矢量曲面积分反演模型的舰船磁场延拓方法

舰船磁场的矢量曲面积分法是磁场延拓的一种高效方法,在只能测量舰船平面磁场时,首先由平面磁场反演得到等效包络面磁场,进而利用曲面积分法延拓得到目标平面磁场.该方法较之磁体模拟法等更加方便有效.船模实验验证了该方法的有效性,具有较高的换算精度,为舰船近场磁场的换算提供了一种新的思路.     

舰船磁场数值计算方法发展综述

采用适当的磁场数值计算方法来获得舰船空间磁场分布规律是对舰船实施磁性防护技术的必要前提。从舰船磁场特点出发,对目前应用于舰船磁场建模中的几种典型的磁场数值计算方法进行分析比较,并评价其各自的优缺点。文中所得结论对实际工程中舰船磁场的数值计算具有一定的理论指导意义。     

基于磁体模拟法的潜艇磁矩分离数学模型

磁体模拟法是用若干具有特定磁矩的磁源所产生的磁场来模拟舰船磁场,对于舰船消磁系统,可以构造一些特定磁源,使其产生与舰船磁场大小相等、方向相反的磁场,通过对这些磁源的补偿作用,就能抵消掉舰船的感应磁场,从而达到消磁目的.经过仿真验证,证实了磁矩分离数学模型的准确性,因此可根据此数学模型分离出的感应磁矩来调整消磁绕组的位置,计算消磁绕组电流,就可使舰船磁矩得到抵消,从源头上对舰船磁场进行控制.     

破冰船连续破冰的冰阻力预报

[目的]为了准确评估破冰船在平整冰区航行时连续破冰过程中所受的冰阻力,同时了解不同预报方法的特点,采用经验公式法、数值模拟法以及船模试验法,对破冰船在平整冰中连续航行时的冰阻力进行预报。[方法]使用非线性有限元软件DYNA,分别基于传统有限元与黏聚单元法构造冰层数值模拟模型,模拟平整冰与破冰船相互作用时发生的弯曲断裂以及相互作用的过程。同时,采用经验公式法,用3种不同的经验公式进行冰阻力计算,对影响经验公式法预报结果的参数进行敏感性分析。[结果]研究发现:冰阻力随航速、冰厚度以及弯曲强度的增大呈上升趋势,其中冰厚对冰阻力的影响最大。3种经验公式中,Lindqvist公式的预报结果与船模试验结果更为接近,而Vance和Lewis公式更为保守。传统有限元与黏聚单元法在冰厚较小的情况下,冰阻力预报结果更准确,冰厚较大时误差较大,约25%。在冰厚较小航速较高的情况下,黏聚单元法预报的冰阻力值较传统有限元方法更为准确,与船模试验结果相比精度误差在10%以内。[结论]在实际的冰阻力预报中,可结合经验公式法与数值模拟法,兼顾预报结果的准确性与高效性。     

水下爆炸气泡对舰船冲击环境的影响

[目的]为了优化舰船冲击环境预报载荷体系及研究气泡脉动压力对舰船冲击环境的影响,[方法]基于ABAQUS有限元分析软件,采用声固耦合方法模拟某舰水下非接触爆炸特性,通过与现有文献实验数据的对比验证该方法的有效性。在此基础上,针对水下爆炸气泡脉动压力进行冲击环境特性的研究。[结果]结果表明:气泡脉动压力对舰船低频响应有放大作用,垂向冲击谱值的影响要大于其他2个方向;上层甲板受气泡脉动的影响仍然较大,验证了甲板低频响应的衰减规律;对水下爆炸实验和冲击环境进行预报时,计算时间选取为1.5倍气泡一次脉动周期才可得到较准确的冲击环境数据,以此来验证海军标的准确性。[结论]研究结果有利于优化舰船冲击环境预报流程中各参数的选取,并可用于指导舰船冲击环境的预报。