舰船轴频电场的轴地有源补偿技术

为了有效减少舰船轴频电场的影响,降低舰船的暴露率,在分析轴频电场产生机理和相关电学特性的基础上,提出舰船轴频电场的轴地有源补偿方法,分析轴地有源补偿系统的原理,设计系统的控制框架和功能框架。研究舰船轴地微弱信号监测与调理技术以及电场抑制系统的判断与控制技术,设计轴地有源补偿系统的驱动和功率输出模块,开展轴频电场抑制效果的模拟测试。试验结果表明:除去环境电场的影响,该系统对轴频电场的抑制能力超过75%,可以有效降低舰船轴频电场对舰船隐蔽性的影响。     

基于时谐偶极子模型的舰船轴频电场特性分析

基于电磁建模方法,通过时谐偶极子模型在深海环境下产生的交变电场信号,对舰船的水下轴频电场进行仿真模拟。考察了舰船在不同测量深度上的电场分布特性,并对多种影响因素进行对比分析,为基于水下电场特征控制的舰船隐身提供理论基础和数据支撑。     

基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真

舰船轴频电场的频率为1~7 Hz之间,频谱具有明显的线谱特性,是舰船重要的特征信号。目前主要通过时谐电偶极子模型计算舰船的轴频电场分布。本文针对时谐电偶极子模型信号源失真的问题,利用有限元方法具有适应复杂结构、精度高的优点,以舰船的防腐蚀电流为依据,建立基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型,并对模拟源模型的计算结果进行分析。结果表明:模拟源模型能计算出时谐电偶极子模型忽略掉的垂直于舰船的电场分量,提高了舰船轴频电场计算的精度;同时模拟源模型能够更准确的计算出舰船的近区轴频电场,特别是为水下兵器的电引信设计提供理论指导。     

基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真

舰船轴频电场的频率为1 ～7 Hz之间,频谱具有明显的线谱特性,是舰船重要的特征信号.目前主要通过时谐电偶极子模型计算舰船的轴频电场分布.本文针对时谐电偶极子模型信号源失真的问题,利用有限元方法具有适应复杂结构、精度高的优点,以舰船的防腐蚀电流为依据,建立基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型,并对模拟源模型的计算结果进行分析.结果表明:模拟源模型能计算出时谐电偶极子模型忽略掉的垂直于舰船的电场分量,提高了舰船轴频电场计算的精度;同时模拟源模型能够更准确的计算出舰船的近区轴频电场,特别是为水下兵器的电引信设计提供理论指导.     

基于时谐电偶极子模型的舰船轴频电场衰减规律研究

由于舰船轴频电场在浅海环境下传播距离较远,因此成为舰船探测的特征信号源。本文基于时谐电偶极子模型,通过数值仿真对舰船轴频电场衰减规律进行研究。结果表明,海底平面上,舰船轴频电场纵向分量随距离的衰减速率要小于横向分量,轴频电场沿横向的衰减速率要大于其沿纵向衰减速率。17 Hz频段内,轴频电场衰减受信号频率影响较小。海底平面上,轴频电场衰减速率随着海床电导率增大而明显增大。     

基于船型与区域等级的舰船轴频电场计算

在利用等效点电荷对舰船轴频电场换算时,存在着因等效源位置不够合理而造成误差较大的问题。通过目标船的船型系数与尺度比来确定等效源在各个方向上的布置位置和间距,并根据结构布置特点对目标船的各部分进行分区和分级,确定区域等级权值。有针对性地在各区域内调整等效源布置,提出基于船型与区域等级的等效源位置确定方法,并引入粒子群算法对计算模型进行优化。利用模型实验对所述方法的有效性进行检验,结果表明,基于船型与区域等级的等效源位置确定方法能够较精确地实现对轴频电场信号包络的模拟计算,经粒子群算法优化后误差进一步下降,为轴频电场的预测与仿真计算提供了新的途径。     

舰船轴频电场衰减规律的实验验证

舰船电场的轴频信号分布在1～7 Hz,且存在明显的谐波成分,因此其在浅海环境中能传播较远距离,从而成为舰船的特征信号之一。本文基于时谐电偶极子模型,在海上测试了电场信号源的衰减规律。通过对试验数据的分析可知,水深为16 m时,1.06 Hz,1.94 Hz以及3.22 Hz交变电场纵向分量在海底平面沿纵向随距离分别呈1.91次方、1.91次方和1.88次方衰减,很好地验证了理论数值计算的正确性。     

基于高阶累量的船舶轴频电场信号自适应增强

轴频电场是海水中运动船舶的一种微弱特征信号,极易被噪声掩盖,具有良好的线谱性。海洋环境电场作为背景噪声,具有良好的高斯性,为了在复杂海况下提取微弱轴频电场信号,提出一种基于高阶累量的船舶轴频电场信号自适应增强方法,运用观测信号的四阶累量一维非对角切片构造有限冲激响应滤波器,使用该滤波器从海洋环境电场中提取船舶轴频电场信号。分别使用实测数据和仿真数据对本文所提方法进行检验,检验结果表明,该方法能够在较低的信噪比条件下有效增强船舶轴频电场信号,性能优于现有的基于2阶统计量的信号增强方法。     

船舶机械轴系中间轴承冲击故障诊断研究

传统的船舶轴承故障诊断在提取故障信号时噪声过大,导致故障诊断结果不准确,设计新的船舶机械轴系中间轴承冲击故障诊断方法。计算船舶机械轴系中间轴承冲击力,通过水体连续方程提取波浪载荷力学特征,建立轴承冲击故障诊断模型。实验结果显示,在内圈故障的信号提取时,3种方法的噪声分别为7.8 d B,8.3 d B,8.2 dB,外圈故障信号提取的噪声分别为8.1 dB,8.5 dB,8.4 dB,由数据可知该诊断方法的噪声最小,故障诊断结果最准确。     

舰船轴频电场数据的采集与处理研究

舰船轴频电场是极其重要的目标识别特征之一。为了对其开展深入研究,研制了一套基于MSP430单片机的舰船轴频电场采集系统,获取海洋环境电场和舰船的轴频电场信号。对数据分析后发现:信号在近海港口易受强冲击干扰的影响,给目标检测带来困难。针对这种情况,首先对轴频电场数据进行预处理,利用一阶差分法去除数据中的奇异项,利用最小二乘法去除趋势项;然后通过自适应线谱增强器输出信号,结果证明该方法有效压制强冲击背景噪声,经过处理后的数据可直接用于舰船目标检测。     

基于EMD和4阶累积量的船舶轴频电场线谱提取

为实现海洋环境电场背景中微弱的船舶轴频电场信号的有效检测,提出一种结合经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和4阶累积量对角切片功率谱的方法。首先,利用EMD方法的自适应滤波特性将信号进行分解,得到本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF),按照K-L散度准则进行有效IMF的筛选;然后利用高阶累积量抑制高斯色噪声的性质,计算各有效IMF分量4阶累积量对角切片的功率谱,并进行多子带中的线谱提取。海上实测数据的处理结果表明,该方法能够实现-15d B下的线谱提取,具有一定的实用价值。     

结合EMD和功率谱熵的船舶轴频电场线谱提取

为实现强海洋背景噪声中的微弱船舶轴频电场信号检测,提出了一种结合经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和窄带子区间功率谱熵的线谱提取新算法.首先,利用EMD方法从含噪信号中分解出一组有效固有模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMFs),对各有效IMF的功率谱进行子区间划分;其次,定义并计算各子区间的能量峰值熵比(Energy Peak Entropy Ratio,EPER)特征;最后,通过对轴频信号和环境噪声物理特征差异的分析,结合K-均值聚类方法进行特征量的筛选,实现线谱提取.海上实测数据的处理结果表明,相比于直接的功率谱分析,算法的线谱可提取下限降低了6.7 dB.     

基于粗糙集的船舶主机轴系故障诊断

船舶主机轴系的故障诊断对船舶正常航运具有重要意义.将粗糙集理论应用到船舶主机轴系故障诊断中,建立了基于粗糙集的船舶主机轴系故障诊断模型.采用NaiveScaler方法对故障数据离散化处理,利用基于属性重要度的启发式算法进行属性约简,获取故障诊断相关规则.算例验证了该模型的有效性.     

船舶推进轴系校中三弯矩计算法的理论探讨

三弯矩法是轴系合理校中计算方法中的一种.文章详细介绍了三弯矩校中方法的原理及公式推导.在此基础上,介绍了轴承位移和轴承负荷的确定方法以指导船厂安装.     

大型船舶推进轴系校中多点非线性弹性支承模型研究

文章研究了大型船舶推进轴系校中多点非线性弹性支承计算模型的建立方法.通过采用Timoshenko梁单元对船舶推进轴系进行有限元法建模,研究了轴系校中过程中水润滑轴承多点弹性支承、轴承变位和非线性支承刚度的处理方法.最后,分别采用多点非线性弹性支承模型、多点刚性支承模型和单点非线性弹性支承模型对某大型船舶轴系进行校中计算.研究发现,多点非线性弹性支承模型优于另外两种模型,可以较好地描述艉部水润滑轴承处负荷的实际分布情况.     

基于PCA和C-SVM的涡轮部件故障诊断

针对某型三轴燃气轮机高、低压涡轮部件容易出现的8种故障,提出一种基于PCA(主成分分析)与C-SVM(C-支持向量机)相结合的涡轮部件故障诊断模型.采用主成分分析方法对表征涡轮部件故障模式的测量参数进行特征提取,选择对故障模式影响最大的若干主成分作为C-SVM的输入样本,进而对高、低压涡轮部件故障进行诊断.通过实验表明,即使在较少样本的情况下,应用PCA与C-SVM相结合仍能取得较好效果.     

大型船舶推进轴系扭振特性仿真和试验

基于多体动力学耦合理论结合有限元理论,以1艘大型船舶为研究对象,建立其推进轴系的刚柔耦合多体动力学仿真模型,对大型低转速推进轴系在工作中的扭振特性进行研究。在仿真计算的基础上,利用扭振测试系统对实船的扭振进行测量,并从多个谐次将轴系扭振的仿真计算值与试验测量值进行对比和分析。分析结果表明,通过仿真计算得到的轴系扭转振动变化趋势与实际测量值基本相符,验证了仿真模型的正确性和可行性。同时,通过Adams/Virbration模块分析了船体变形对轴系扭振的影响,证明了船体变形会导致轴系扭转振动增大。