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。     

海洋泥沙掩埋对电场测量的影响

针对海洋泥沙掩埋对电场测量的影响,采用镜像法推导了海水中水平电偶极子在海床介质层中产生的电场,利用该理论公式计算了不同掩埋深度、不同泥沙电导率情况下的电场值,结果表明泥沙掩埋会导致同一位置处的电场峰峰值降低,且泥沙电导率越低,电场衰减比例越大。最后在实验室水池进行了长期泥沙掩埋监测试验,结果表明泥沙掩埋会对测量电极的静态电位差产生一定的影响;对于1～10 Hz的电场信号,泥沙掩埋之后会导致所测得电场信号峰峰值降低,且掩埋深度越大、掩埋时间越长,降低越明显。     

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。     

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。     

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。     

浅水条件下拖曳电极对舰船电场的模拟计算研究

以海水中稳恒电流电场线电极计算模型为基础,提出了在浅水条件下利用近底拖曳式三电极模型模拟舰船电场的方法。旨在通过输入较小电流来获得可观的电场幅值和特性曲线,从而诱使电场水雷引信动作。研究结果表明,该模型能够较好的模拟舰船的电场特性。     

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。     

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。     

高空核爆近海面电磁脉冲辐射环境数值模拟与分析

针对舰艇等武器装备面临的高空核爆电磁脉冲辐射威胁,研究了近海面电磁脉冲辐射环境。基于电磁场理论,分析了电磁脉冲在海面及海水中的传播规律,建立了高空核爆近海面电磁脉冲辐射环境解析模型,并进行了模型验证。利用该模型对高空核爆近海面电磁脉冲辐射环境进行了数值模拟,计算给出了高空核爆近海面电磁脉冲传播变化规律及电场分布情况,分析了入射波角度、距海面距离等对电磁场的影响。研究结果表明,海面上电磁脉冲环境比较复杂和恶劣,海面下电磁脉冲环境相对较好。     

模拟后坐实验炮支撑架优化设计与分析

以某实验炮支撑架为研究对象,采用HyperMesh软件建立了该支撑架的有限元模型,对其静态刚强度的计算结果表明该结构有优化余量;应用变密度法对支撑架进行结构拓扑优化,并对优化结构进行有限元分析;通过对比优化前后的计算结果可以看出经过优化设计的支撑架减轻了重量,材料分布更加合理,且刚度和强度均满足设计要求;模拟实验结果表明:优化设计的支撑架满足实验要求,对类似结构的优化设计具有一定的参考价值。     

Numerical Simulation of Airflow Field and Structure Improvement in Engine Compartment of Armored Vehicles with Electric Transmission

When the mechanical drive is changed into the electric transmission,the cooling system of the engine compartment should be altered to meet the new requirement for the increasing in equipment such as electric apparatus.In order to predict and analyze the rationality of cooling system in the virtual engine compartment,the numerical simulation of airflow fields in the engine compartment by using computational fluid dynamics（CFD） technique is necessary.An armored vehicle with electric transmission in the research is taken as the research object.The physical model and mathematical model for the computation of 3D air flow and heat transfer in the engine compartment of an armored vehicle with electric transmission is established.Turbulent flow in the compartment is described by using the standard k-ε two-equation turbulence model.The temperature and velocity fields of 3D air flow in the engine compartment are numerically simulated and analyzed based on different fan＇s flux.A theoretical basis for determination of the fan＇s flux is given by the simulation results.The positions of the air-vent shutter are analyzed.The simulation results show that the different positions of the air-vent shutter can lead to different cooling efficiencies.     

电传动装甲车动カ舱内空气波场数值模拟及结构改进分析

将装甲车由机械传动改为电传动后，电机类设备的增加对动力舱内的冷却系统提出新的要求，利用计算流体动力学(CFD)技术对虚拟动力舱内空气流场进行数值模拟，可以对动力舱冷却系统的合理性进行预测分析并提出建议。以某虚拟电传动装甲车动力舱为研究对象，建立了电传动装甲车动力舱内空气流动与传热计算的物理模型和数学模型，采用标准尾K-ε方程湍流模型对舱内的流动进行了描述，对不同风扇流量下动力舱内空气流场进行了三维数值模拟与分析，为风扇流量的确定提供了理论依据；对动力舱排气窗位置进行了分析讨论，指出排气窗位置的不同会对舱内部件带来不同的冷却效果。     

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。     

外电场中1,4-二硝基咪唑-N-氧化物感度的理论研究

为探明外电场中炸药感度的变化规律,借助B3LYP/6-311++G(2d,p)和M06-2X/6-311++G(2d,p)理论方法,研究了外电场方向和强度的变化对1,4-二硝基咪唑-N-氧化物(1,4-DNIO)炸药潜在引发键的键长、硝基电荷、键离解能及撞击感度、静电火花感度和冲击起爆压力的影响。结果表明,在无电场和外电场作用下,N─NO2是最可能的引发键,其次是N→O,最后是C─NO2键。沿N→O、C─NO2键轴正方向和N─NO2负方向的外电场使N→O和C─NO2键离解能减小、N─NO2键离解能增大、H50增大、撞击感度降低;与上述反方向的外电场对引发键强度和撞击感度的影响正好相反。引发键键长、AIM电子密度、硝基电荷、键离解能和H50的变化量分别与外电场强度之间呈良好的线性关系,大多数情况下,相关系数R2>0.9500。外电场对电火花感度和冲击起爆压力的影响不大,外电场由-0.010 a.u.变化到0.010 a.u.,变化值分别小于0.5 J和0.15 MPa。     

外电场影响HMX/MDNI复合物感度的理论研究

为研究外电场对炸药感度的影响,采用量子力学方法在M06-2X∥B3LYP/6-311++G(d,p)水平上对奥克托今(HMX)/1-甲基-4,5-二硝基咪唑(MDNI)分别施加不同大小的外电场(-0.010~0.010 a.u.),得到不同外电场下的稳定构型。分析了各稳定构型的分子间相互作用、引发键解离能、硝基基团电荷、电子密度拓扑、电子密度转移及表面静电势的变化。结果表明:随着正向外电场的增强,HMX的引发键键长变短,解离能增加,感度降低,负向外电场时则相反;采用B3LYP方法所得3种复合物的解离能与外电场的相关系数分别达到了0.995、0.977和0.982;负向外电场作用下硝基基团所带负电荷减少,使炸药感度增加;电子密度拓扑分析表明,外电场作用下,HMX与MDNI分子间仍存在微弱的氢键作用;电子密度转移分析表明正向外电场增强了引发键的强度;分子表面静电势则进一步表明在正向外电场作用下炸药感度降低,负向时感度增加。     

30mm电热化学炮膛内压力波数值模拟研究

使用包含瞬态燃速公式的一维内弹道模型模拟30 mm电热化学发射过程,通过与发射实验结果相比较,验证了该模型的精确性。对比常规发射和电热化学发射膛内压力波曲线可知,电热化学发射技术可以有效降低膛内压力波。进一步分析输入电能、放电时序、发射药弧厚、装填密度等参数变化对膛内压力波的影响。研究表明：同步放电的条件下,电能比不大于0.042时,压力波峰值变化很小;电能比大于0.042时,压力波峰值随着电能比的增加迅速增大;首个负波幅值随着电能比线性递增,但受电能比影响小于压力波峰值;采用时序放电时,在控制压力波的前提下,电能比与放电电流的脉宽呈正比;在较高电能比下,压力波峰值与放电电流的脉宽呈反比;随着发射药装填密度的增加,膛内压力波增大;但在控制压力波的前提下,可输入的电能比无明显变化,首个负波幅值随着电能比的变化趋势不变;弧厚的变化对压力波的影响可忽略不计。     

电传动履带车冷却系统动态传热状态空间模型

热负荷是军用车辆的重要问题,尤其是电传动履带车辆。电传动履带车辆冷却系统设计了3个封闭式循环的水路。根据循环水路中部件的共同点,建立了冷却系统部件动态传热的热容热阻模型,再利用该热容热阻模型,将3个循环水路进行简化,构建了冷却系统动态传热的状态空间模型。对实际冷却系统的动态传热进行循环水降温试验研究表明,该模型可以全面,直观地分析电传动履带车辆冷却系统部件热耦合关系,以及研究稳态工况下热平衡时的冷却系统部件的传热规律,还可以用于冷却系统的故障诊断研究和改良设计。     

零差速电传履带车辆整车行驶控制策略研究

针对履带车辆电传动研究和采用较多的零差速电传动方案，对电传动履带车辆的整车行驶控制策略进行了研究，提出了系统控制方案并做了具体的分析。基于电传动与传统传动装置本质上的不同和驾驶操纵的人机适应性，对驾驶信号的定义进行了定性和定量的分析。对驱动电机及其协同控制，提出了直驶电机采用基于有限功率的直接转矩控制、转向电机采用直接转矩控制（小半径转向）和电流矢量控制（大半径转向）双模控制的系统控制方法；并对具体的控制途径进行了描述。最后，基于在Matlab/Simulink下建立的整车行驶系统仿真模型，对车辆加速和转向的动态过程进行了仿真，仿真结果袁明，该控制方案可行并可以使车辆具有良好的加速性能和转向性能。