基于磁偶极子的舰船轴频电磁场场源建模与试验验证

根据舰艇水下腐蚀相关轴频电磁场的产生机理,提出了以电流环与磁偶极子等效性为线索,对舰艇轴频电磁场场源进行磁偶极子建模,并给出电流环的3种近似形状及环面积的计算方法。在盐湖进行了验证试验,结果表明:将磁偶极子作为对舰艇水下轴频电磁信号进行估算的数学模型是可行的,与电偶极子相比,由于考虑海水为导电媒质的特性,因而与试验结果更加吻合;磁偶极子模型与试验结果的一致性,表明提出的环面积计算方法是可行的。磁偶极子模型在提高模型精度的前提下减少了计算量和实测数据量,因此更适合用于舰船腐蚀相关轴频电磁场的研究。分析所得典型结论为进一步的应用研究奠定了基础。     

船舶轴频电磁场信号的海底测量及其特性分析

为防止海水的腐蚀,现代船舶普遍安装了阴极保护系统,不同金属材料间产生的腐蚀电流和阴极保护系统产生的防腐电流经转动轴调制后均会产生轴频电场。为探讨不同船速和水深时船舶轴频电磁场信号的时频特性,对在南黄海和南海海域实测的轴频电磁场数据进行了分析。研究表明:轴频电磁场信号的探测范围与船舶航速和海水深度无关,而仅与海底观测点至船舶的斜距有关;对于试验所使用的中型船只而言,海底轴频电场信号的探测半径可达到600 m以上。     

湍流条件下氧的传质过程对舰船混合电场的影响

为研究航行状态下舰船混合电场的产生机理及变化规律，基于电化学原理及流体动力学相关理论，分析湍流流场、舰船电场等多物理场耦合建模理论基础，结合轴频电场中舰船轴系机械结构等效电路电阻变化规律，最终采用边界元法建立湍流介质条件下潜艇腐蚀混合电场模型，分析不同螺旋桨转速及介质流速下舰船静电场及轴频电场变化规律。结果表明：螺旋桨转速由0 r/s增长至1、2、3、4 r/s时，螺旋桨正下方2B(B为船宽)处舰船混合电场幅值依次增长了66.5%、13%、3.7%、1.19%,且混合电场频率与螺旋桨转速一致。该模型对分析运动状态下舰船电场变化规律提供了理论参考。     

船舶轴频电场场源建模和实验研究

为了对浅海环境中的船舶轴频电场场源进行建模,以水平时谐电偶极子为基本模拟单元,利用麦克斯韦方程组以及边界条件求解水平时谐电偶极子在空气-海水-海床3层媒质中产生的电场模型。通过实验室船模和海上实船实验的实测数据,证明了水平时谐电偶极子场模型的正确性,表明了船舶轴频电场信号可以用单个水平时谐偶极子作为其等效场源模型,解决了船舶轴频电场场源的建模问题。     

浅海中运动时谐垂直电偶极子产生的电磁场

为了对浅海中的运动舰船所产生的轴频电磁场进行建模,对三层介质中匀速运动的时谐垂直电偶极子在固定场点产生的电磁场这一问题进行了求解.首先求解在三层介质中静止的时谐电偶极子在固定场点产生的电磁场,通过狭义相对论的洛仑兹变换,得出最终的表达式.以浅海环境下低速运动的极低频时谐垂直电偶极子为例,对其在海水中的固定场点产生的电磁场进行了数值计算,通过对比计算,分析得出低速运动的偶极子与静止的偶极子所产生的电磁场相等,以及海水越浅则海底对电磁场的贡献越大等结论.最后通过实验测得的某船模的轴频电场数据,验证了表达式的实用价值.     

舰艇水下腐蚀静电场计算及影响因素仿真分析

为了进一步分析影响舰船电场的不同因素,提高舰艇水下静电场仿真分析中电偶极子建模方法的准确性,研究产生舰艇水下腐蚀静电场的腐蚀电化学原理和特性,从腐蚀电流密度的角度推导船体-螺旋桨电偶腐蚀电流表达式,并利用镜像法求解出了空气海水二层模型下水平和垂直电偶极子电场解析式。建立基于舰艇腐蚀电流电偶极子的电场解析模型,在此基础上利用数值仿真对一中型舰艇水下50 m测线上的电场进行分析。结果表明:在设定变化范围内,船体腐蚀电位、螺旋桨腐蚀电位、船体浸水面积、螺旋桨浸水面积、海水温度、海水电导率对舰艇水下腐蚀静电场的影响程度分别约为29%、23%、53%、82%、30%和67%。仿真结果和电场解析模型可以为进一步研究舰艇水下腐蚀静电场特征及防护方法提供有力的理论支撑。     

补偿阳极位置对舰船腐蚀电场防护效果的影响

为了减少舰船腐蚀电场对船上电磁通信设备的干扰,需要对舰船腐蚀电场进行抑制或消除.采用三维边界元法建立潜艇腐蚀静电场模型,研究补偿阳极位置对腐蚀电场防护效果的影响,结合电偶极子模型理论解释了静电场防护原理,基于静电场防护原理,分析不同补偿阳极位置产生舰船腐蚀电场差异的原因.结果表明:补偿阳极的周向位置对电场防护效果影响较小,而纵向位置对电场防护效果有明显的影响;补偿阳极与螺旋桨的纵向距离分别为16.6、10.8、5、1 m时,电场模量的防护效果分别为3.41%、24.88%、49.27%和34.15%.     

基于混合模型的舰船腐蚀相关静态电、磁场

为研究舰船水下腐蚀相关静态电场、磁场的分布特征,提出了以舰船水下标量电位为线索,对舰船进行混合建模,即将舰船等效为水平电流线和离散三分量电偶极子的组合,通过测量舰船下方某平面上的标量电位分布,对混合模型中的未知结构参量进行拟合,以建好的混合模型为基础对舰船水下腐蚀相关静态电、磁场进行研究.在实验室中模拟海洋环境,利用1∶100船模对建模方法进行了验证,并以建好的混合模型为基础,计算了船模水下腐蚀相关静态电、磁场的分布特征.实验结果表明混合模型结构简洁、实测数据量小、建模计算量小、模型稳定,比较适合用于舰船腐蚀相关静态电、磁场分布特点的研究.     

多桨型船舶轴频电磁场在浅海中传播特性分析

为了研究多桨型船舶在浅海中运动时所产生的轴频电磁场传播特性,基于单个时谐垂直电偶极子建模方法,推导得出了多个时谐垂直电偶极子的电磁场解析表达式。通过建立单个时谐垂直电偶极子在三层介质中匀速运动时的物理模型,从相位和频率两方面,按照矢量叠加原理求解n个时谐垂直电偶极子在固定场点产生的电磁场,为多桨型船舶的轴频电磁场在浅海中的传播特性提供了理论依据。通过数值仿真计算得出:在频率相同、相位均为0时所产生的电磁场最大,相位相同时频率对轴频电磁场的影响并不明显。最后通过实验测得的轴频电磁场数据,与理论分析的结果基本吻合,验证了表达式的实用价值。     

深海中潜艇腐蚀相关磁场全空间分布特征分析

为分析深海中潜艇腐蚀相关磁场的分布特征,采用静态电偶极子对场源进行模拟,采用空气-海水2层模型对深海环境进行模拟,在利用镜像法求出全空间标量电位分布的基础上,利用标量电位和矢量磁位之间的约束关系,求解得到全空间中腐蚀或防腐电流所产生的磁场分布,并证明所得场分布是满足场方程及边界条件的。最后采用数值计算的方法对磁场空间分布特征进行了分析,结果表明:深海中的潜艇由于腐蚀及防腐措施在空气及海水中激发的静态磁场分布特征明显,是值得重视的探测或打击信号源。特别是场分量按距离的平方反比衰减,相对于铁磁材料所产生的磁场衰减要慢,有利于远程探测。研究结果为进一步的实际应用奠定了基础。     

基于电偶极子模型的舰船静电场深度换算

为实现舰船静态电场的深度换算,给出了空气—海水—海床3层模型中电偶极子在海水中产生的电场强度解析式,并进行了数值仿真;基于电偶极子模型对舰船静态电场进行了建模,根据以往的舰船电场换算实例进行了验证.实验结果表明：可由水下标准测量面电场强度实时换算得到较大深度的电场各分量;实测数据与仿真结果两者吻合较好,显示了舰船静态电场深度换算方法的有效性.该模型需要的参数少、计算量小,能够实现电场的实时换算.     

舰船水下标量电位分布特征研究

为深入掌握舰船水下标量电位分布特征,以其基本模拟体——电偶板子为对象,着重对海洋环境电导率分布、源强度、测量深度、界面等因素对水平直流电偶极子所产生的水下标量电位的影响进行数值仿真分析和实验室测量研究.通过对比分析,表明:海洋环境电导率不影响水下标量电位的区域分布特征,但影响标量电位大小,海水电导率越小,标量电位的值越大,但并不是简单的反比关系;不同测量深度平面上标量电位的大小及其区域分布特征均有变化,场源深度差越小,标量电位越大,同时峰值点位置相对源点的水平偏离越小;标量电位的大小与电偶板子的偶极矩成正比;界面对标量电位的影响不可忽略,空气-海水界面的存在增强了水下标量电位.研究结果可为舰船水下电磁场的推演和预报、舰船结构的电磁隐身设计、水中兵器电磁引信设计提供参考.     

一种基于DTW算法的谱图匹配声纳目标识别方法

为解决由于舰船目标螺旋桨轴频不同造成DEMON谱线谱频率不同而难以直接比对的问题,利用DTW算法将DEMON谱数据根据线谱频率进行对齐,解决了难以比对的问题,并对实测舰船辐射噪声进行了分析。结果表明,利用DTW算法的识别率在原先匹配识别的基础上提高了3%~5%,说明基于DTW算法对谱图匹配声纳目标进行识别是有效的。     

钢筋腐蚀产物实时检测的再钝化机理分析

利用拉曼光谱技术,实时检测混凝土/钢筋界面腐蚀产物的成分.通过比较人工加速碳化处理、强加阳极电流加速腐蚀和再碱化处理前后混凝土/钢筋界面腐蚀产物的变化,研究电化学再碱化技术的再钝化机理.结果表明,施加阳极电流可以加快碳化混凝土中钢筋的腐蚀速度,其腐蚀产物主要成分为绿锈;电化学再碱化处理过程中,绿锈先是被还原为Fe(OH)_2,同时生成氧化物Fe_3O_4;再碱化处理结束180 d后,Fe(OH)_2被氧化成δ-Fe OOH,Fe_3O_4转化成γ-Fe_2O_3,但一旦通入阳极电流,经过再碱化处理的混凝土内的混凝土/钢筋界面重新生成绿锈,而强加阳极电流并不能加快非碳化混凝土中钢筋的腐蚀速度.研究表明,电化学再碱化技术能够在一定程度上增加混凝土的碱性,降低钢筋的腐蚀活性,但是钢筋不会被再钝化.     

通信电缆受高速铁路接触网电磁感应影响的分析研究

高速电力机车在运行时,接触网周围将会产生电磁场,该电磁场通过容性耦合和感性耦合对临近用于机车通信的电缆产生感应电压和电流,此电压和电流会影响机车的安全运行和人员安全．本文对容性耦合和感性耦合的产生机理及影响进行了详细分析,列出了相关计算公式和影响限值,并且对相应的影响提出了针对性的电磁防护措施．     

新型铝合金阳极在碱性海水溶液中的性能研究

为研究新型四元铝合金在碱性海水溶液中的电化学性能,探讨海水激活Al/AgO电池的最佳使用条件,采用稳态极化等方法,研究了新型四元铝合金阳极在碱性人工海水溶液中的电化学行为。结果表明:该合金具有较低的腐蚀速度和较高的电化学活性;NaOH质量分数为20％的人工海水溶液中,经退火处理过的铝合金阳极,在650mA/cm~2恒电流放电时,阳极电位为-1.48V(65℃,vs.Hg/HgO),氢气析出速率为0.11mL/(cm~2·min),活性物质利用率为97.2％;溶液中加入0.06moL/L Na_2SnO_3时阳极电位为-1.59V(90℃,vs.Hg/HgO),氢气析出速率为0.19mL/(cm~2·min),活性物质利用率为95.6％。     

数控凸轮磨削中三环控制系统设计

为验证数控凸轮磨削控制系统中三闭环的稳定性,根据矢量控制原理,将交流永磁同步电机（PMSM：Per-manent Magnet Synchronous Motor）等效为直流电机系统模型,并应用机理分析法对凸轮旋转轴（C轴）和砂轮进给轴（X轴）进行深入剖析。利用三环（电流环-速度环-位置环）由内而外逐步推导传递函数的方法,建立了整个凸轮轴磨削控制系统的数学模型,并进行了Matlab仿真。结果表明,建立的三环控制系统稳定,为进一步研究凸轮高精度磨削提供了理论基础。     

螺旋桨驱动UUV推进系统研究

为了实现水下机器人(UUV,Unmanned Underwater Vehicle)的高精度控制,深入研究了螺旋桨驱动UUV推进系统各个环节运行机理,并建立了它们各自的数学模型,包括PWM模块、直流永磁电机、螺旋桨、舵的数学模型。多功能仿真试验和湖试试验的系统响应曲线基本吻合,一方面表明本文建立的推进系统模型的正确性,另一方面体现了在多功能仿真平台上调试的控制策略和控制器参数具有很大的可信度。     

小波变换用于舰船辐射噪声调制信息检测

应用小波分析从舰船辐射噪声中提取调制信息,进行了仿真研究,供舰船识别利用.首先讨论了舰船辐射噪声的产生机理、构成和频率特性,指出螺旋桨噪声的振幅存在周期性调制.其次利用小波的多分辨分析的方法,在中低信噪比条件下,仿真实现了调制信号和舰船辐射噪声的分离.其结果表明,相对于传统DEMON分析,利用小波以及希尔伯特变换可以更快更好地提取舰船辐射噪声的调制信息.在水声信号处理领域,小波变换对于舰船调制信息提取是一种有效手段.     

腐蚀电场的力学化学耦合模型

为研究弹塑性变形对舰船腐蚀电场的影响,针对船体表面的腐蚀缺陷,利用COMSOL仿真软件中的固体力学和二次电流分布模块建立了腐蚀电场的力学化学耦合模型,使用顺序求解器分别对两个物理场进行求解,将固体力学模块仿真得到的结构应力应变耦合到电极反应的平衡电位和交换电流密度表达式,并以此作为二次电流分布模块的边界条件.研究结果表...