用边界元法进行潜艇空间磁场推算的试验检验

为了解和掌握潜艇空间磁场的分布，以研究潜艇的磁隐身性能，利用边界元法建立潜艇空间磁场推算的数学模型，设计试验测量得到用于建模的潜艇模型周围某包络面上的3分量磁场值，然后用3分量测磁仪测量得到艇模上方不同高度上的磁场数据。通过将测量值与边界元模型推算出的磁场值相比较，结果表明该模型稳定性较好，推算精度较高，能够较好反映潜艇空间磁场的分布，有一定的工程实用价值。     

ー种舰艇磁隐身中磁场推算的新方法

推算舰艇下方空间磁场分布规律可为舰艇磁隐身技术的实施提供必要的理论依据。为有效解决舰艇传统磁场推算方法中存在的困难,从边界元理论出发,推导了基于等效面磁荷密度的磁场推算正演模型。为求解正演模型中面磁荷磁性参数,根据磁场测量数据建立了磁性参数反演模型。由于实际舰艇磁性检测中所得磁场信息的局部性,反演模型通常是病态不适定问题。为有效抑制实际磁性检测中测量误差对计算结果引起的干扰,应用Tikhonov正则化方法对其进行求解,提高了反演结果的稳定性。由反演模型和正演模型即可实施对舰艇磁场的推算。用数值算例和船模实验对磁场推算方法的有效性和实用性进行了检验。结果表明,基于等效面磁荷密度和Tikhonov正则化方法的磁场推算技木可有效进行舰艇磁场推算,具有较好的军事实用价值。     

从潜艇磁测数据中分离地磁场的研究

传感器实测数据中提取出真实的地磁场成分是水下地磁导航研究的一个难点.采用有限元计算软件ANSYS进行了仿真研究.分别研究了X、Y、Z磁场激励下,潜艇磁化磁场特性;绘出了潜艇某截面上的磁场分布,给出沿某曲线的磁场分布;发现激励磁场与潜艇磁场之间满足线性关系并给出线性转换系数沿某直线的分布状况;还研究了任意方向磁场激励下,得到激励磁场与潜艇磁场之间的线性转换矩阵,初步解决了从测量数据中提取地磁场的问题.     

磁诱饵空中磁场验证的测量区域研究

对潜艇施放的磁诱饵进行空中磁场验证时,高空中的磁场强度验证过程困难,可在低海拔处进行验证测量,然而磁诱饵磁场在同一海拔的不同区域具有不同的分布特征。为了确定最适合进行验证测量的区域,通过借鉴地形特征统计中的标准差、粗糙度等变化特征参数及水下地形匹配领域中的地形熵,对磁诱饵的空中磁场在目标平面上的分布情况进行分析,研究了以此为依据选择测量区域的方法。利用软件对该选择过程进行了仿真,初步验证了其可行性。并通过海上试验对该方法进行了验证。试验结果显示,通过该方法选择的测量区域的相对测量误差与其他区域相比明显较小。     

基于先验目标分布的磁探仪应召搜潜最佳圆周搜索半径研究

为提高反潜巡逻机利用磁探仪执行应召螺旋搜潜的搜潜效能,运用概率论和最优搜索理论对最佳圆周搜索半径进行研究.综合考虑目标初始位置、航速和航向等分布的特点,建立了磁探仪圆周搜潜概率的解析模型,据此推导出最佳圆周搜索半径.根据飞行线路模拟算法,结合反潜巡逻机的机动性能,建立了反潜巡逻机利用磁探仪执行螺旋搜潜时的航路规划的数学...     

航空磁探仪探潜目标磁梯度定位方法

以反潜巡逻机使用光泵式磁探仪为例,提出一种利用航空磁探仪对潜艇进行磁梯度定位的方法。在较详细地分析潜艇的磁场特性,建立磁场模型的基础上,对反潜巡逻机装备磁探仪如何利用磁梯度矢量来探测潜艇和对潜艇进行定位进行分析,建立了相应的模型,并根据航空磁探仪探潜的特点,将航空反潜中潜艇的远场磁信号等效为磁偶极子磁场。结果表明,通过对潜艇位置做的3次跟踪探测,能较准确地定位潜艇的位置。     

潜艇磁场的估算与仿真

潜艇磁场的分析估算与仿真对于开发诱饵、靶标和磁探仪具有重要的实际意义。本文分析了潜艇磁场旋转椭球体模型与磁偶极子模型,估算了潜艇磁场的大小。在比较了高磁导率下空心球体与实心球体磁场差别的基础上,提出了采用空心永磁体模拟潜艇磁场这一方法,由此估算了永磁体模拟的基本参数。该方法为磁性探潜的理论研究与试验,以及实现诱饵和靶标的潜艇磁场仿真功能提供了参考。     

浅海中潜艇腐蚀相关静态磁场特征预测

为对浅海环境中潜艇腐蚀相关静态磁场进行特征预测,采用3层平行分层导电媒质模型模拟浅海环境,采用水平直流电偶极子模拟场源。推导了水平直流电偶极子在全空间中的磁场分布表达式,在此基础上,采用数值仿真的方法分析海水中腐蚀相关静态磁场的分布特征及远场衰减规律,并进一步分析海洋环境,如海床电导率、海水深度、空气-海水界面等因素对场的影响。分析结果表明：浅海中潜艇腐蚀相关静态磁场量值可测,分布特征明显,远场按距离的平方反比衰减,是值得重视的探测或打击信号源;由于导电媒质中空间电流的影响,电导率小于海水的海床媒质使海水中的总磁场略有增强,而空气-海水界面则使其略有减弱。研究结果为进一步的实际应用奠定了基础。     

地磁场中潜艇运动感应静电场建模

地磁场中的金属壳体潜艇在航行时会产生感应电动势,从而产生感应静电场,将潜艇简化为长椭球壳,分别建立了潜艇处于浮航和潜航两种状态下的运动感应静电场模型,给出了电场三分量表达式;以美海国军洛杉矶级潜艇为例进行了感应电场的仿真计算,获得了两种状态下潜艇水下电场分布,仿真结果表明:感应电场在潜艇附近量值较大,随距离衰减明显。     

深弹磁引信目标信号分析

选用目标潜艇磁场强度的函数作为目标信号，深入分析了目标潜艇磁场以及深弹与目标潜艇的交会条件。在此基础上，分析了典型的目标磁场信号，确定了深弹磁引信的判决准则。     

基于潜艇磁偶极子模型的航空磁探潜探测宽度模型与仿真

针对航空反潜磁异常探测传统探测宽度模型无法准确分析目标磁特性、环境磁特性等因素对航空磁探潜探测宽度的影响,引入概率分布的思想并提出基于信噪比检测依据的新探测宽度模型。为了求解该探测宽度模型,建立了基于磁偶极子目标的航空磁探潜探测模型,目标磁特性模型,环境噪声和检测模型,给出了基于信噪比检测依据的探测宽度模型求解方法和步骤。仿真分析表明：所建立的模型能够充分反映目标特性、地磁场特性、环境磁噪声等级、反潜机探测平台等因素条件对航空磁探潜探测宽度影响;与经典探测宽度模型相比,新建立的模型能够对航空磁探潜探测宽度进行更加有效和精确的计算。     

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。     

反潜巡逻机磁探仪检查搜潜效能研究

针对潜艇自身的磁异常会引起地磁场扰动的特点,可以利用磁探仪探测安静型潜艇。根据检查搜潜的特点,结合反潜巡逻机使用磁探仪对潜搜索的方法,分别建立单机和双机使用磁探仪检查搜潜的数学模型,并通过仿真计算,分析搜索区域面积、磁探仪探测作用距离的变化对搜索发现概率的影响。仿真结果证明,该方法能为磁探仪的优化使用提出有效建议。     

递推算法在船舶磁场远场向近场换算中的应用

提出了一种三分量磁场换算的递推算法,并将其应用于船舶磁场的换算。该算法应用微分学基本原理,将具有相同水平坐标,位于不同高度的2个水平面上的两点的三分量磁场,通过其垂向偏导数的积分联系起来。根据磁场向量散度和旋度的性质,将磁场的垂向偏导数与水平方向的偏导数联系起来。这样,在已知一个平面上的三分量磁场时,可以通过逐层递推的办法实现远场向近场的换算。应用实例表明,该方法计算速度快,准确性高。     

附体对分层流中潜艇水动力特性的影响

为探讨密度分层流中附体对潜艇周围流场及阻力特性的影响,基于雷诺平均方程建立一种用于模拟密度分层流中水下潜体航行特征的计算流体力学模型。采用SUBOFF潜艇模型进行收敛性研究,并与实验结果进行对比验证数值模型的精确性;采用该模型模拟得到加装不同附体工况下的潜艇以不同航速航行时的水动力特性,并结合压力变化分析相关结果产生的原因。结果表明：附体对分层流中潜艇水动力特性的影响与航速高低有关;在弗劳德数为0.5附近,潜艇兴波阻力系数达到最高;附体带来的潜艇表面曲率突变会引起较大的压力变化;所建模型展示了潜艇的航行尾迹特征,并对密度分层流中水下潜体运动问题模拟方法的选取及潜艇附体的优化设计具有一定参考价值。     

弹体穿越冰水混合物流动过程的数值模拟

针对潜射导弹穿越冰水混合物的过程进行数值模拟。基于ANSYS/LS-DYNA商用软件,采用ALE算法,建立了冰的破碎模型,流体区域包含水与空气2种流体介质,水与空气采用NULL材料模型,水介质的状态方程采用Gruneisen状态方程。对细长弹体、冰体以及流体域进行建模,利用欧拉-拉格朗日耦合方法对弹体、冰体以及流体域进行流固耦合计算。对不同冰体分布方式(规则分布、菱形分布、随机分布)和不同弹体相对位置(冰体正下方、冰体间隙)的弹体出水过程进行对比计算研究,获得了弹体在穿越冰水混合物过程中流场的密度、压力、应力、速度随时间的变化规律,以及不同工况下的弹体质心位移情况。数值模拟结果表明:弹体在水下运动过程中空泡逐渐扩大,空化现象显著; 流场应力的存在对弹丸运动产生一定的影响; 不同冰体分布方式及初始弹体相对位置,会造成弹体质心位移不同。     

基于磁通门技术的空炸引信计转数系统研究

在分析地磁场特点基础上提出利用磁通门传感器进行计转数的方法，推导出磁通门传感器输出信号为弹体转角的正、余弦函数关系式，设计了相应的信号调理电路及数据存储测试系统．对调理后的电压信号波形计数即可准确获得弹丸的转数，为旋转弹丸引信炸点精确控制提供了依据。     

航空磁探中潜艇目标的联合估计检测方法研究

为了解决航空磁探测中水下潜艇目标信号被强磁背景噪声和干扰淹没的问题,提出一种联合估计检测方法。针对潜艇目标基于磁偶极子建立目标磁场光泵测量信号模型,确定了目标信号模型主要由位置三分量x、y、z,目标磁矩三分量M_x、M_y、M_z以及航向角θ等7个未知参量决定。使用光泵磁探仪的观测样本,根据潜艇目标先验信息,基于遗传算法使用Fréchet距离构造适应度函数,搜索得到目标未知参量。根据生成的目标估计信号,构造了平均相关检验统计量,并设计了使用目标估计信号的联合估计检测器。研究结果表明：联合估计检测器在低信噪比条件下仍具有良好的检测能力;相对于传统的正交分解检测和动目标航空磁异常检测,使用目标估计信号的联合估计检测器能够降低虚警概率,提高信噪比,使检测性能更优。     

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。     

潜艇高压气吹除压载水舱系统试验与仿真

分析了潜艇高压气吹除压载水舱物理模型特征,建立了高压气吹除压载水舱常规吹除理论模型。应用FLUENT软件中大涡模拟两相流VOF模型对处于理想气体状态的高压气吹除压载水舱过程进行了非定常仿真,分析了常规吹除中出水口流速和压载水舱中气-液体积变化,并与潜艇自航模试验数据进行比较,验证了高压气吹除压载水舱的理论模型。