潜艇磁场仿真计算技术应用研究

2016-10-13雷毅，王林

船电技术 2016年8期

关键词：高空舰艇舰船

雷毅，王林

潜艇磁场仿真计算技术应用研究

雷毅，王林

（海军驻701所军事代表室，武汉 430063）

为评估潜艇防御水雷及高空磁探的能力，必须掌握潜艇水下各深度平面和高空磁场的分布规律。采用测量的方法来获得全部的数据相对困难，通过测量潜艇某一特定条件下的数据，再借助磁场仿真建模计算，从而能准确地分析并掌握潜艇磁场空间分布特性。

潜艇磁场仿真

0 引言

地球是一个巨大的磁体，在其周围空间充满了地球磁场。铁磁材料制造的潜艇在地球磁场的作用下，会形成舰船磁场。与水面舰船不同，潜艇磁场是海上探测设备和水中兵器（水雷、鱼雷等）所利用的主要物理场，是影响其隐蔽性的主要因素[1]。目前发达国家普遍装备了磁探仪等探测设备，具体情况见表1。

表1国外磁探测仪装备

为躲避被探测或被水雷攻击威胁，需通过磁性处理手段降低舰船磁场信号。因此要提升潜艇的磁防护性能，有必要对潜艇防御水雷及高空磁探的能力进行评估，即通过获取潜艇在不同深度平面和高空的磁场分布特性数据，并对其空间分布特性进行研究[1-2]。

目前，随着计算机软件技术的发展，采取ANSYS、FLUX等电磁仿真软件逐渐成为分析研究舰船磁场分布特性的重要手段，但是从技术条件而言，对于大型铁磁设备、船体结构材料磁特性研究方面，目前还缺乏较完善的数据储备，从而限制了仿真建模的参考性；其次由于数学模型与实际舰船的结构、设备布置等方面不可能完全保持一致，因此其研究结果存在一定的误差，得出来的结果只是一个相对近似的结论，可能会对舰船磁场分布特性结果的精准性产生一定影响[3]。因此通过测量潜艇某一特定条件下的磁场分布特性，再利用数学方法通过磁场推算，从而能较准确地分析并掌握潜艇磁场空间分布特性，为水下预警防御、水中兵器引信设计、目标识别和潜艇战术应用等提供支撑[2]。

1 磁场深度推算

1.1 概述

舰艇磁场深度推算，是指采用磁场数学模型，将舰艇下方某深度面上的磁场值换算到另一深度面上去。目前，在大多数舰艇磁场检测站或消磁站，通常采用布置于海底的磁传感器阵列来测量舰艇的磁场。通过一次测量，一般只能测得舰艇下方某个深度平面磁场数据。为评估舰艇抵御水中兵器的能力，需掌握舰艇下方多个不同深度平面磁场分布。因而，通常需以某测量深度平面磁场数据为基础，依据磁场数值推算模型推算出多个不同深度平面磁场分布规律。

1.2 等效面磁荷法计算

采用基于等效面磁荷来实现舰艇磁场深度的推算，可从理论上指导等效源的设置，从而在一定程度上可克服传统模拟法中模拟体位置难以确定的困难。

由边界元理论可知，闭合面S内(由ABCD构成的区域)任意一点P的标量磁位可表示为[3]（见图1）：

图1 等效面磁荷法计算原理示意图

不妨将面AD、DC、CB延伸到无穷远处，由于磁场随距离衰减在无穷远处为零，故上式中积分只需在面AB上进行，考虑到面AB上满足n=-z，则有

基于传统永春老醋的酿造工艺，黄祖新等[30]将液态深层发酵技术应用于永春老醋的生产酿造中，并确定永春老醋液态深层发酵的最佳工艺条件[31]。工艺流程如下：

进而相加并对场点坐标求负梯度即可得P点磁感应强度为

2 高空磁场推算

2.1 概述

对于潜艇而言，除对抗水中磁性兵器外，还需防御高空磁探。因此，为评估潜艇防御高空磁探的能力，必须掌握潜艇高空磁场的分布规律。实际中采用测量的方法来获得潜艇高空磁场分布规律相对困难，可行的方法是借助高空磁场推算技术，即通过近场测量来获得远场数据，从而获得潜艇高空磁场分布规律。

2.2磁荷模拟法计算

磁荷模拟，就是在所求解的场域之外，设置若干个磁荷或磁性物体，通过合理的设置它们的形状和位置，由已知点上的磁场值推算出它们的磁矩大小后，再用解析公式来求得未知点上的磁场值。该方法的缺陷在于模拟磁荷形状和位置设置的好坏会直接影响到潜艇磁场换算的精度。以前一般都是靠人的经验或是通过多次试验来决定模拟磁荷形状和位置，为了尽可能的减少人为因素的影响，采取逐步回归的方法来对磁荷的磁矩进行筛选，使其自动优化到最佳配置，从而尽可能的提高潜艇磁场推算的精度，而且模型的稳定性也可大大提高。

由于潜艇内部铁磁物质分布以及局部磁性等的差异，用单个磁荷不能有效的拟合潜艇磁场，为了克服这一缺陷，采用一个大椭球和n个小磁偶极子的混合模型[4]。

大椭球参数：中心与潜艇中心重合，形状与潜艇几何形状相似，长半轴/2，短半轴/2，半焦距。为潜艇长度，为潜艇宽度。磁偶极子参数：在潜艇纵向轴线上均匀布置，个数为n个。

求解出各个磁荷的磁矩，其中