三层介质中任意方向电偶极子旋转产生的感应电场

针对舰船轴频电场防护不能完全消除轴频电场信号问题,提出了旋转直流电偶极子的建模,对螺旋桨表面极化带电粒子随着螺旋桨旋转产生感应电场进行计算。该模型采用镜像法推导出三层介质中任意方向电偶极子旋转时产生的感应电场,并通过实验测量与仿真对比验证了正确性。结果表明,直流电偶极子旋转产生的感应电场频率与螺旋桨转速一致,说明该电场是轴频电场的一部分,且实验测量的相位特征与仿真结论相同。通过仿真与实验结果的验证得出,极化带电离子旋转过程中产生时谐电场是轴频电场一部分的正确性。     

船舶金属螺旋桨旋转产生的涡旋电场模型

为了完善船舶电磁场的产生机理研究,提出了船舶金属螺旋桨简化模型在地磁场中旋转产生的涡旋电场模型,并对实船螺旋桨产生的涡旋电场进行了实例仿真,分析了其周围空间涡旋电场分布情况。该模型可对船舶螺旋桨旋转产生的感应电磁场进行评估计算。实例仿真表明,螺旋桨旋转产生的涡旋电场具有明显的通过特性,且在螺旋桨附近量级可达μV/m,达到了可探测的量级。     

舰船轴频电场基频线谱的模糊评判方法研究

轴频电场是海水中航行舰船产生的物理场之一,它以螺旋桨轴转动速率为基频向外辐射,具有明显的线谱特征。为了提取其基频线谱,对信号进行了线谱检测,剔除掉了连续谱以及不符合线谱条件的频率点,根据轴频电场的特点,对剩余的线谱再进行模糊评判;根据轴频置信度判断基频线谱所在频率点。将该方法用于船模产生的轴频电场基频线谱的检测,取得了较好的效果。     

基于相关分析的船舶轴频电场实时检测算法

针对现有船舶轴频电场检测算法计算量大等问题,提出一种基于相关分析的船舶轴频电场实时检测算法。该算法利用海洋环境电场和船舶轴频电场水平两分量的相关性差异,提取检测电场信号水平两分量的相关系数为特征,采用滑动检测方法对船舶轴频电场信号进行实时检测。实测数据的验证结果表明:该算法在高信噪比和低信噪比情况下均能较好地检测到目标信号,且不会出现虚警,可用于引信对目标的检测。     

轴频电场与静电场一体化腐蚀相关电场隐身方法研究

为降低舰船腐蚀相关电场信号,分析电流补偿方法对轴频电场信号和主动轴接地(ASG)技术对静电场的影响,基于电流补偿与ASG之间的关系,提出轴频与静电场一体化的电场隐身控制方法。把ASG系统的补偿电流值视为船体的轴电流值,并将电流补偿方法中补偿电流与轴电流之间的比值κ作为电流控制量,实现了先轴频电场隐身、后静电场隐身;研制轴频电场与静电场一体化电场隐身控制原理样机,通过模型试验和海上试验结果对轴频电场与静电场一体化控制方法的性能进行检验。结果表明：该方法能够有效降低静电场与轴频电场信号。     

舰船轴频电场信号特征提取与检测方法

为了能够在低信噪比的条件下提高目标的检测概率,降低目标的虚警概率,提出了一种舰船轴频电场信号特征提取与检测方法。根据舰船螺旋桨转速与轴频对应关系确定了特征频段,将该频段平均功率谱值作为特征量。根据环境的变化,设置了具有自适应功能的动态阈值。通过设定较小的阈值因子,放宽对疑似目标点的判决条件。在特征频段内对信号进行线谱检测,剔除掉连续谱以及不符合线谱条件的频率点。最终经过线谱倍频判断和稳定性判断确认目标是否存在。对实船轴频电场信号进行了特征提取和检测,在不同信噪比的条件下均成功检测到了目标。     

基于互高阶累积量的潜艇轴频电场信号的提取

轴频电场信号的提取可实现对潜艇目标的探测和识别。通过对潜艇轴频电场以及海洋环境电场噪声成分的分析,提出了将基于互高阶谱MUSIC算法引入潜艇轴频电场信号的提取中的方法。将通过传感器获取的电场信号进行带通滤波,再求得两次测量数据的互高阶累积量,最后采用MUSIC谱估计法求得信号子空间,提取出所需的轴频信号。实验表明:该方法可有效地将微弱的轴频电场特征信号从背景噪声中提取出来,并与传统的MUSIC方法进行了比较,证明了该方法的优越性。     

水下对转螺旋桨空化线谱频率预报与数值模拟

水下高速目标对转螺旋桨常工作在空化状态,其噪声线谱由前后桨相互作用及前后桨 与船舶尾流场的相互作用引起。通过Goldstein 的声相似方程,将空泡看作螺旋桨的一部分,对空 化条件下水下对转螺旋桨的线谱频率进行了理论预报。推导出了远场条件下单极子源性质的声源 所产生的声压表达式,得到了其线谱预报频率。利用Schnerr-sauer 空化模型及RNG k-着湍流模型, 并采用动网格模型对对转螺旋桨进行空化数值模拟。结果表明:预报的DTMB4381 螺旋桨空泡形 态与公开发表实验及数值模拟结果吻合度较好。利用该方法得到的对转螺旋桨空化线谱频率与理 论预报结果完全吻合。     

基于小波模极大值的船舶轴频电场检测算法研究

船舶轴频电场是一种具有明显目标特征的极低频信号,对船舶的水下非声探测具有重要作用。对船舶轴频电场信号小波模极大值的尺度变化进行分析,根据目标信号和噪声的差异,采用Hermite 插值对目标信号小波模极大值进行快速重构;提取目标特征频率范围内的能量均值为特征值,采用滑动检测方法对目标进行检测。实测和仿真数据对该算法的验证结果表明,此方法相对小波包熵检测算法的检测效果较好,虚警率较低,当SNR 为-5. 9 dB 时检测率相对提高50% 左右,并且在SNR 为-8. 2 dB 时仍然具有86%的检测率。     

基于液压无键联接技术的螺旋桨有键湿式联接改进

为克服螺旋桨有键湿式联接技术的缺陷,采用螺旋桨液压无键联接技术,以45 000 t级散货船为例,分析了该船螺旋桨与艉轴无键液压安装的计算方法,归纳总结其具体安装过程和注意事项。采用该方法对螺旋桨与轴进行装配,有效地克服了键联接的缺点。该研究对确保螺旋桨工作的安全性、稳定性具有重要意义,从而实现船舶在航行中的安全运行。     

由空中磁场推算线电极参数及海水中电磁场分布

海水中的线电极可作为舰船电磁场的模拟场源,然而在海水中测量其电磁场操作实施困难,如果能够通过空中的磁场测量来推算线电极在海水中的电磁场分布则能很好地解决这一难题。根据海水中稳恒电流电场的点电极计算模型,推导出线电极在海水中的电场、磁场和空中磁场分布的解析表达式,从而提出通过测量空中磁场分布来推算海水中线电极的参数及其在海水中电场和磁场分布。设计了实验室水池测量方案,运用遗传算法（GA）对线电极参数及电缆有效段进行GA编码,计算结果符合实际;由GA计算结果进一步求得海水中电磁场的分布,与理论值达到很好的吻合,证明了方法的可行性。     

电枢运动状态下轨道炮膛内磁场仿真分析

通过对三维轨道炮模型进行有限元分析求得电枢所受电磁力,进而得到电枢运动速度和位移。以离散时间步长仿真得到不同时刻电枢位于不同位置时的考察点磁场强度。结果表明,膛内磁场变化同激励电流变化整体一致,但是磁场峰值时刻滞后于电流峰值时刻,在下降阶段磁场出现局部波动。磁场频率集中于低频段,整体呈下降趋势。     

动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分析

针对动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分布特性研究缺乏的问题,提出一种数值计算方法。基于磁扩散方程和安培定律,利用测得的动态实验数据和炮尾处磁通密度值,通过有限元计算,确定电枢区域和导轨区域的电流密度值;进一步计算得到电枢前端及后端中轴线各考察点磁场和电场分布特性。结果表明：随着与电枢距离的增加,各考察点峰值磁通密度逐渐减小,电枢前端各点衰减速度远大于后端各点;炮口时刻各考察点峰值电场值为膛内发射过程的数倍。提出的方法能够有效计算轨道炮智能炮弹部位感应电场和磁场,计算结果有助于智能炮弹电磁屏蔽设计。     

舰船消磁绕组磁特征数值计算与验证研究

作为商业有限元电磁分析软件的替代,基于磁矩量法、多层自适应交叉近似法和GPU并行计算技术的舰船磁场分析软件MagShip已成功用于舰船磁特征仿真建模。但对舰载消磁线圈磁特征进行数值分析时,需要对临近舰载消磁线圈的船体结构精细划分网格单元。MagShip软件用于这种大规模磁场建模问题时,会存在计算结果不稳定或失真。为了解决这个问题,对MagShip软件进行了改进,使其适合用于舰载消磁线圈磁场特征建模,采取的改进措施包括：采用场单元上的耦合系数多点平均值作为相互临近单元的耦合系数;对临近消磁电缆的铁磁区域进行剖分单元加密;将消磁电缆作用在其临近单元上的磁化磁场多点平均值作为磁化磁场有效值。采用改进后的MagShip软件对于薄铁磁球壳内部和外部线圈、典型舰载消磁线圈等典型算例进行了磁特征建模分析,并与商业有限元软件COMSOL Multiphysics的计算结果进行了对比,发现二者差别约为1%. 表明所提方法是有效的,能够用于舰载消磁线圈磁特征建模仿真的实用化。     

基于单个磁梯度计的磁目标定位方法研究

欧拉法可以实现对磁偶极子源的精确定位。通过旋转合成可以得到包含在欧拉齐次方程中的磁梯度张量,在此基础上提出了一种转动单个矢量磁梯度计实现磁目标定位的方法。建立了磁梯度计旋转探测模型,分析了模型中转动角、倾角和基线长度等参数对磁目标定位精度的影响,为转动装置的参数设置提供了参考。研究结果表明,与7个磁传感器组成的阵列探测方法相比,该旋转探测方法在靠近磁目标的区域内具有更高的定位精度。     

基于解析法的电磁发射弹丸内膛磁场分布特性分析

电磁轨道发射装置膛内的磁场分布特性对制导弹丸的器件布局设计非常重要。对电磁轨道发射装置膛内的强磁场环境进行了分析,基于毕奥-萨伐尔定律推导了考虑弹丸运动位移和电流趋肤深度下膛内磁场的计算公式。通过时谐分析方法并采用数据拟合的方式得到了电感梯度与电流频率和弹丸运动位移的函数关系,用以分析弹丸的内弹道运动特性。采用时频分析方法得到了电流趋肤深度随时间的变化关系,从而建立了弹丸中轴线磁场分布特性求解的三维解析计算模型。以实验室的电磁发射装置为例,采用试验电流数据作为输入,对内膛弹丸处磁场分布特性进行解析计算。结果表明：弹丸中轴线的磁感应频率在450 Hz以下,磁感应强度峰值达到0.4 T,并沿弹丸长度方向迅速衰减,100 mm处的磁场基本降为0. 利用磁探针的测试数据验证了理论计算模型的正确性。     

基于磁场积分法和Tikhonov正则化的船舶固定磁场重建与分解技术

船舶铁磁材料磁化历史的复杂性及其不可预知性使得船舶固定磁场计算一直是船舶磁隐身中的技术难题。针对船舶固定磁场重建与分解问题,提出了一种基于磁场积分法和Tikhonov正则化方法的铁磁物体固定磁场重建与分解新方法。首先通过测量得到了船舶下方空间若干场点处的磁场值,并以正问题形式计算得到了地磁场作用下船舶在测量场点处的感应磁场值;后基于测量场点处的磁场测量数据和所计算的感应磁场数据,建立船舶固定磁场反演计算模型,并采用Tikhonov正则化方法对反演模型进行求解,以克服反演模型病态性的影响。设计船舶固定磁场的计算实例,结果证明该方法具有较好地计算精度,能够有效实现船舶固定磁场的重建与分解。