测量船舶垂向感应磁场的新方法

  目的  为了实现舰船垂向感应磁场的精确检测分析,提出一种联合采用数值分析法和地磁场模拟线圈法的新检测方法。  方法  采用数值分析法对模拟线圈的电流进行整定,利用整定后的模拟线圈产生的垂向模拟磁场检测舰船垂向感应磁场。构建模拟实验系统,并在一艘磁性船模上进行检测实验。  结果  结果表明,船模垂向感应磁场的检测值与标准值之间的差别小于4%。  结论  研究证实联合采用数值分析法和地磁场模拟线圈法可精确检测舰船垂向感应磁场,具有实际应用价值。     

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.     

舰船动态消磁方法初步研究

  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。     

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Kalman滤波的船舶磁化干扰系数测量算法

[目的]针对以船舶为载体的三分量地磁场测量系统,为了提高其测量效率并降低工程难度,提出基于Kalman滤波的船舶磁化干扰系数测量算法。[方法]根据三分量地磁场测量数学模型中船磁干扰的作用形式及特征,提出解算船舶磁化干扰系数的Kalman滤波算法实施步骤,然后开展计算机仿真和船模实验,以验证该算法的有效性。[结果]在有效磁场测量数据样本较少的条件下,该算法保证了良好的收敛性,分离出了较高精度的三分量地磁场。[结论]Kalman滤波算法为船舶磁化干扰系数测量的工程实践提供了一条高效率、低成本的可行路径。     

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。     

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。     

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。     

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.     

船舶上空磁场探讨

为了掌握船舶上半球磁场防护能力,基于电磁理论,通过建立典型船舶磁场模型,采用数字仿真掌握了船舶上半球磁场特性。结论表明,在以主甲板为中心对称平面上,感应磁场下半球磁场较上半球而言,其纵向、横向和垂向感应磁场分量幅值分别约为上半球的2、3和4倍;同时在传统的消磁绕组补偿技术的基础上,对上半球感应磁场进行了研究,发现其纵向、横向、垂向感应磁场补偿效果分别可接近50%左右。