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1、第14卷 第4期海军工程大学学报Vol.14No.42002年8月JOURNALOFNAVALUNIVERSITYOFENGINEERINGAug.2002文章编号:1009-3486(2002)04-0037-04①辅助舰船应急消磁系统研究刘大明(海军工程大学电气工程系,湖北武汉430033)摘 要:讨论了辅助舰船应急消磁系统设计中面临的两个主要的技术难题,指出了解决思路.针对未消磁舰船,设计了一套应急消磁系统技术方案.关键词:舰船;磁场;消磁系统中图分类号:U665.18文献标识码:A通常主战舰船的消磁系统是和舰船同时设计、同时建造且与舰船
2、融为整体.对此,我们有一套完整的设计理论和方法,也有较完备的试验条件.而对已建造好且在服役的舰船,如辅助舰船和商船设计加装消磁系统却是一个新的消磁技术问题(通常称之为应急消磁系统设计),在国内是第一次提出来研究.相对于主战舰船消磁系统设计,应急消磁系统设计的特点在于:一是由于过去大量的辅助舰船和商船均未装消磁系统,所以没有母型船作设计参考;二是在某种特殊的应急状态下,对外型及吨位千差万别的辅助舰船和商船制作相应的磁性船模显然是不现实的,所以设计的试验条件困难;三是在已经建造好了的舰船上设计消磁系统受到诸多条件的约束,如不能改变舰船结构,船内布线
3、穿舱困难等.当然,作为特殊状态下的应急消磁还应具有快速方便等特点.正是因为应急消磁系统设计的上述特点,所以在设计研究中我们必将面临两个技术难题:一是不利用磁性船模,主要通过理论计算快速地获得舰船磁场尤其是舰船感应磁场分布数据;二是不借助母型船数据快速设计出满足一定磁性防护要求的应急消磁绕组.显然,由于受试验条件等方面的限制,应急消磁系统设计更强调应用理论设计手段.因此,根据应急消磁的战术技术要求,研究一种方便快捷的舰船磁场理论计算方法,在诸多相互排斥的制约条件下,设计一套优化合理的消磁线圈就成为应急消磁技术研究的主要内容.1 舰船感应磁场舰船感
4、应磁场的大小和分布规律是设计消磁线圈的基本依据,研究利用理论计算的方法得到舰船感应磁场的分布数据具有重要意义.舰船感应磁场的计算问题是一个开域情况下的三维静磁场计算问题,电磁场的积分方程法很适合于这种场合的应用.把均匀磁化的概念与微分方程法中的离散概念结合起来,得到基于麦克斯韦方程的积分形式的离散代数方程组,形成了积分[1]方程法(IEM).积分方程法可以解决广阔和无界区域的二维和三维电磁场问题,现在该法在科学实践中日益引起重视.应用积分方程法计算舰船感应磁场时,只需剖分产生磁场的区域(即整个钢质舰船,见图1),铁磁物质内部的磁化强度与外磁场的
5、关系图1 铁磁舰船的单元剖分示意图[2]是:①收稿日期:2001212230;修订日期:2002205222作者简介:刘大明(1956-),男,副教授,硕士.·38·海 军 工 程 大 学 学 报 第14卷 →→→→→→→(r11M′)·(r-r′)M(r)=Hs-¨→→dΩ(1)χ4π∫Ω3
6、r-r′
7、→→其中:Hs为地磁场;M为磁化强度;χ为钢材磁化率.将铁磁舰船剖分为N个单元,当单元足够小时,可以认为单元内的磁化强度是均匀的.若取单元中→心点处M的各分量值为变量,可将矢量积分方程(1)转化为标量方程组:[Mxi][Ci
8、xjx][Cixjy][Cixjz][Mxj][Hsxi]1[Myi]+[Ciyjx][Ciyjy][Ciyjz][Myj]=[Hsyi](2)χi[Mzi][Cizjx][Cizjy〗[Cizjz][Mzj][Hszi]1式中:为3N阶对角阵;[Cξiηj]为(N×N)阶系数矩阵,其中的各元素完全由单元的几何参数确χi定;[Mηi],[Mηj],[Hsηi]为场量分量的N阶列向量;ξ=x,y,z;η=x,y,z.[3]在地磁场这样的弱磁场(28～71μT)中,舰船钢材的磁特性可以近似看作是线性的,可以直接求解标量方程组(2),计算得到各单元
9、的磁化强度M的各分量,进而可以计算得到钢制舰船外任一点的磁场强度.积分方程法计算中,系数矩阵是非对称满阵,需要全部存储,对计算机的内存要求很高,剖分单元的数目受到限制.因此,将舰船磁性等效为实心的铁磁物体,相应的区域具有相应的等效磁化率.若舰船某个区域,总体积为V,含有n块体积分别为Vi,磁化率分别为χi的铁磁物质(i=1,⋯,n),则这个区域的等效磁化率定义为:n∑χiVii=1χ=V这样将铁磁舰船等效为一个分块均匀、各向同性的实心铁磁体,可以方便地应用积分方程法计算舰船在地球磁场作用下的感应磁场.积分方程法在舰船感应磁场的计算中取得了一些成
10、果,而且容易实施.实际上,完全将舰船看作是分块均匀、各向同性的铁磁媒质是不客观的.目前来讲,这种方法存在一些难以消除的等效误差,这个问题需要进一步的研
