基于点电荷模型的腐蚀相关静电场快速预测方法研究

针对舰船腐蚀相关静态电场实时预测难的问题,提出了基于点电荷（电极）模型的快速建模方法。对舰船的结构进行合理分区,通过计算混合电位值确定电极的极化状态;在电极极化曲线及电化学系统电流和为0的准则基础上,建立了点电极电位和电流之间的函数关系;利用最小二乘算法计算点电极的电流值,并根据点电荷3层模型下的电位计算方法预测舰船腐蚀相关静态电场;分别利用仿真数据和船模试验数据对所提方法的有效性进行了检验。结果表明,所提方法能够实现对舰船腐蚀相关静态电场进行快速预测。     

一种新的补偿阳极优化方法

应用海水中点电极模型求取补偿阳极在其周围产生的电场强度表达式,在此基础上,使用基于t算子的自适应性多群进化规划算法对舰船补偿系统中补偿阳极数目、补偿阳极位置以及电流大小进行优化,以达到使补偿阳极产生的水下反向电场能够更加有效的补偿舰船原始电场的目的。仿真和实验结果表明,阳极优化后补偿效果更优。     

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。     

基于舰船电场的目标跟踪方法研究

针对舰船电场跟踪中模型准确度与跟踪模型维度之间的矛盾,以舰船电场点电荷阵列模型为基础,结合舰船电场反演算法,分析点电荷个数、观测点水深对建模精度的影响。明确观测点位置对点电荷数量的最少需求,在保证建模精度的同时降低跟踪滤波器的维度,保证滤波算法的稳定性。设计了舰船电场跟踪渐进更新扩展卡尔曼滤波器,并进行了仿真分析和试验验证。结果表明：用少量点电荷模型代替复杂舰船电场点电荷阵列模型,在舰船电场跟踪中是可行的,具有较高的跟踪精度;渐进更新扩展卡尔曼滤波方法对少量点电荷电场模型,能够有效提高初始误差容错范围,具有很高的滤波稳定性,定位误差在500 m范围内小于10 m,且计算代价较低,适合舰船电场跟踪的工程应用。     

轴转动调制腐蚀电流产生的极低频电场的测定

钢制船壳和青铜制螺旋桨之间在海水中会因电化学作用而产生腐蚀电流,该电流会从螺旋桨、经转轴、轴承、密封圈及其他一些机械线路回到船壳.随着螺旋桨转轴的转动,这个回路的电阻抗会发生周期性的变化,使得海水中的电流受到调制,从而产生极低频的电磁场由船体向外传播.文中利用船模和Ag/AgCl电极在实验室具体测量了螺旋桨转动时调制船模在海水中的腐蚀电流而产生的极低频电场.测量结果表明,由不同金属制成的船壳和螺旋桨之间的腐蚀电流经螺旋桨转动的调制后, 会产生与螺旋桨转速具有相同频率的极低频电场, 成为舰船的一个重要目标特性.     

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。     

电极尺寸对环电极电场的影响分析研究

在对电场的模拟计算过程中,为了简化模型以便于建模和计算,往往忽略电极尺寸对电场生成的影响。而实际上,电极尺寸与电极表面接触电阻具有负相关,是电极建模及设计中必须考虑的重要因素之一。因此通过对已有电极电场模型的优化,利用数学软件对不同尺寸的环电极电场进行了仿真比较,并分析了电极尺寸对环电极电场的影响程度,对实际应用具有理论指导意义。     

一种损耗媒质中舰船交变电场测量的新方法

提出了基于电磁感应原理的损耗媒质中舰船交变电场的测量方法,即利用感应线圈,通过测量损耗媒质中舰船产生的电磁波的磁场分量,根据电磁波的电场、磁场幅度的数量关系推算得到相应的电场分量;仿真计算了线圈自感、检测电路的等效接入电阻对线圈输出电压的影响及线圈的频率响应,结果表明合理设计线圈及输出电压提取电路,可获得比传统电极对高的测量灵敏度;在实验室中,利用感应线圈测量了海水中一对电极产生的交变电场,结果表明该方法是可行的。     

舰船电场初探

通过分析舰船电场的形成原因,进一步探讨了舰船电场的特点以及影响舰船电场的主要因素;建立了舰船电场的数学模型,并利用数学模型对舰船电场进行计算和分析讨论电位、电场强度分布规律和变化曲线。     

基于电偶极子的舰船腐蚀防腐相关静态磁场研究

借助镜像法推导了在空气—海水—海床3层模型中,位于海水中的静态电偶极子在海水区域中的静态电场和磁场分布的解析表达式。并以此为基础,结合实验室中的一次船模腐蚀防腐静态电场的测量结果,对舰船静态电场进行电偶极子建模。然后以此数学模型为基础,对船模的腐蚀和防腐相关静态磁场进行理论分析和计算,结合缩比模型理论,可以得到实际舰船无法直接测量的海水中的腐蚀和防腐相关静态磁场的分布特征。分析结果表明该部分静态磁场对消磁舰船而言,是值得重视的目标信号。     

电场抑制与磁场防护的共性技术研究

为提高舰船电场特征信号的探测水平并研究科学的舰船电场防护方法,系统研究了电场和磁场产生机理的共性特点,分析了磁、电场对战斗力影响的共同点,研究了磁、电场分析理论的相通之处;分析发现舰船磁场和电场的分析方法和为抑制舰船磁场或电场而采用防护策略也很相似;研究表明舰:船磁场和电场的防护技术是相通的,可以互相借鉴相似的研究方法,利用相同的研究和实验资源,互相促进,共同研究。     

银-氯化银传感器的海洋电场信号检测性能

国外开发和装备了以固态银-氯化银电极为核心的电场传感器,用来检测海洋船舶极低频微弱电场信号,但是国内外对于银-氯化银传感器的海洋电场信号检测性能仅在文献中有零星提及。为此通过实验研究了银-氯化银电极自噪声、电极间极差电位及对微弱电场信号的响应性能。在海洋环境中,所选用的银-氯化银电极低频段电极自噪声性能良好,达到nV级水平,电极电位在24h内稳定在1mV左右。实验结果分析与验证试验表明:银-氯化银电极对船舶微弱低频信号响应特性良好,满足船舶海洋极低频微弱电场的探测的要求。     

微分递推法在舰船静态电场深度换算中的应用研究

根据舰船静态电场换算问题中换算区域内舰船静态电场的无源、无旋这一特性,得到网格节点处电场强度三分量的竖直方向1阶偏导数与水平方向1阶偏导数的关系。在两相邻深度平面间建立起以牛顿-莱布尼茨公式为基础的递推关系,逐层递推,实现了由测量平面场分布到目标平面场分布的换算,得到舰船静态电场深度换算的微分递推法。以舰船静态电场的基本模拟单元——水平电偶极子为对象,分别利用数值仿真和模拟实验的方式说明了微分递推换算方法的可行性,且在同等参数条件下,由远及近的换算精度要优于由近及远的换算精度。进一步分析表明,在实际应用中可以通过改变递推步长、测量平面网格节点间隔以及测量点阵的布设位置来进一步提高换算精度和效率。     

舰船轴频电场中的接触电阻研究

研究发现,舰船主要轴系部件具有很高的结构相似性且都存在周期性变化的接触电阻。经过对舰船结构的实体调研和轴系结构的简化,建立了轴系部件接触电阻物理模型,并进行理论分析和实验验证。结果证明:接触电阻变化导致回路中电流的波动,变化率可达80%,是产生轴频电场的一个重要因素。     

舰船典型结构电磁散射特性分析

运用物理光学、几何光学、等效电流等方法对甲板、船舷和塔台等典型结构散射特性的分析,展开对舰船的电磁散射特性研究。通过对典型舰船目标电磁散射特性的仿真分析,验证电磁散射特性方法的正确性与计算可行性,给出不同方位、俯仰角目标散射特性与海面散射特性的对比分析结果,最终得出船舷可作为对舰船成像识别最佳区域的结论。     

高性能碳纤维水下电场电极制备及其性能测量

对T300碳纤维在445 ℃、465 ℃、485 ℃下进行表面热处理,以获得新型水下电场电极。利用X射线光电子能谱(XPS)分析、电化学工作站、自制电极响应装置和电极自噪声测量装置对其在NaCl溶液中的表面化学状态、电化学特性和探测性能进行了测量,讨论热处理温度对其表面基团含量、循环伏安特性、交换电流密度、响应性能和电极稳定时间的影响,分析了其电场探测机理。结果表明：热处理温度的提高可提高碳纤维表面基团CO和COOR含量,减小电极在NaCl溶液中的 电容效应,增加电极的交换电流密度,提高电极的线性性能和稳定速度。     

基于Rao检测器的舰船轴频电场滑动门限检测方法

为实现非高斯背景噪声和低信噪比情况下的舰船轴频电场检测,提出一种基于Rao检测器的滑动门限检测方法.基于信号源特征建立信号模型,在对水面浮动平台测量背景下环境噪声非高斯特性分析基础上,采用混合高斯模型对噪声进行建模;在检测过程中,实时估计混合高斯噪声模型参数和Rao检测统计量,并将前一段时间的平均Rao检测统计量作为门...     

舰船作为体积目标时噪声通过特性的仿真

在近程探测条件下，舰船应被视为体积声源，沿舰船艏艉方向分布有三个明显的声辐射亮点部位，即螺旋桨部位，主机部位和辅机部位，这就是舰船的三亮点模型。结合舰船三亮点模型，建立舰船通过特性的数学模型，并对实测数据作了通过特性仿真。     

气体电极反应对稳恒电场的影响

针对建立稳恒电场过程中气体电极反应对稳恒电场的影响,提出了气体电极反应对稳恒电场的影响规律,并通过合理地控制两个极板电位可以有效抑制气体的产生。利用有限元法分析了气体电极反应对稳恒电场的影响规律,并根据Nernst方程求解了气体电极反应产生的条件。仿真结果表明,气体电极反应会削弱海水中稳恒电场的强度,产生的气泡会对附近海水区域的电场产生畸变,使电场出现较大的波动,通过抑制极板上的气体电极反应,可以有效提高电场探测电极的校验精度。     

基于电化学过程的电解加工间隙电场的研究

分析了电解加工电极界面双电层的特殊性。结合阴极设计的思路，讨论了电极表面去极化对电极过程的影响以及改变流场、改变电极表面电流分布对提高电解加工精度的作用。最后提出采用磁场改变电解加工间隙电场的分布，从而使加工精度得到提高的方法。因为在微观上磁场对电解液分子结构的作用和对作为带电粒子的离子运动方向的影响，构成了对电极过程和间隙电场的影响，宏观上表现为减少电解加工杂散腐蚀，减轻流纹。