金属体在海水中运动产生的感应电场建模

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1、第３５卷第６期国防科技大学学报Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．６２０１３年１２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＴＩＯＮＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＤＥＦＥＮＳＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＤｅｃ．２０１３金属体在海水中运动产生的感应电场建模张伽伟，熊露，龚沈光（海军工程大学兵器工程系，湖北武汉４３００３３）摘要：分析了金属体在海水中运动产生感应电场的机理。采用镜像法推导了水下垂直和水平直流电流元在海水中的电场表达式，进一步导出了海水中运动金属体切割地磁场而在海水中产生的感应电场数学模型，并计算分析了运动金属体的感应电场大小及空间分布。仿真计算结果表明，２０ｍ长的金属椭球体，以４ｍ

2、／ｓ的航速在水下１０ｍ航行时，在水下３０ｍ左右感应电场的量级为ｎＶ／ｍ，并且该电场在空间分布上有明显的特征。关键词：感应电场；运动金属体；直流电流元；地磁场中图分类号：ＴＭ１５１文献标志码：Ａ文章编号：１００１－２４８６（２０１３）０６－０１４７－０５ＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｍｅｔａｌｂｏｄｙｍｏｖｉｎｇｕｎｄｅｒｓｅａｗａｔｅｒＺＨＡＮＧＪｉａｗｅｉ，ＸＩＯＮＧＬｕ，ＧＯＮＧＳｈｅｎｇｕａｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＷｅａｐｏｎｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎ

3、ｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｍｏｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｂｏｄｙａｃｒｏｓｓｔｈｅｅａｒｔｈ＇ｓｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｅｒｉｖｉｎｇｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌａｎｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌＤＣｃｕｒｒｅｎｔｕｎｄｅｒｓｅａｗａｔｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅｍｉｒｒｏｒｉｍａｇｅｍｅｔｈｏｄ．

4、Ｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅａｎｄｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｎｔｈｅ３０ｍｄｅｐｔｈ，ｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｄｕｃｅｄｂｙａ２０ｍ′ｓｌｏｎｇｍｅｔａｌｅｌｌｉｐｓｏｉｄｓａｉｌｉｎｇ１０ｍｂｅｌｏｗｗａｔｅｒｓｕｒｆａｃｅａｔｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆ４ｍ／ｓｉｓｎＶ／ｍ，ａｎｄａｐｐａｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｃａｎｂｅｎｏｔｉｃｅｄｉｎｉｔｓｓｐａｔｉａｌ

5、ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓ；ｍｏｖｉｎｇｍｅｔａｌｂｏｄｙ；ＤＣｃｕｒｒｅｎｔｅｌｅｍｅｎｔ；ｅａｒｔｈ’ｓｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ随着海洋资源开发的不断深入，各类水下机对运动金属体在海水中产生的感应电场进行理论器人、水下航行器等得到了飞速的发展和广泛的计算和仿真。应用，水下目标的探测也已成为重要课题。水下１运动金属体产生感应电场建模方法目标大部分是由金属制成的，电场是水下金属体的一个重要目标特性，金属体产生电场的因素较１．１水下运动金属体的基本分析及简化多，但金属的电化学腐蚀和电磁感应起主

6、要作在地球磁场中运动的金属体会切割地磁场产［１］用。电磁感应产生的电场可分为两类：一类是生感应电动势，此电动势在金属体表面完全绝缘由磁性物体运动而产生的；一类是由金属物体在时，在海水中无法形成传导电流，只是一个存在电磁场中运动而产生的。前者可以通过消磁技术加势差的电势体，在周围空间中产生静态电场。而以克服，对于后者则是水下运动金属体很难避免金属体在海水中运动产生的感应电场特性与金属的，金属体在地磁场中运动将产生感应电动势，由体的形状和表面绝缘情况有关，因此在对水下运于海水是良导体，因此在金属体和海水之间将产动金属体建模方法进行研究时，首先要考虑金属生感

7、应电流，从而在空间形成感应电场。此前已有关于水面船舶感应电场的研究［２－３］，而对水下体的形状和表面的绝缘状况，现根据一些实际情运动航行器感应电场的研究还比较少，因此研究况做出如下简化假设：（１）金属体结构如图１所水下金属体运动产生的感应电场可以完善水下金示，在金属体前端有球形整流罩，后端有螺旋桨作属体感应电场的研究，为水下目标探测提供新途为推进装置；（２）金属体非绝缘部位为前端的整径。下面以直流电流元为基本单元，采用镜像法流罩和后端的螺旋桨，这两个部位作为金属体最收稿日期：２０１３－０４－１０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１０９２１５）；

8、国家部委资助项目作者简介：张伽伟（１９８６—），男，四川乐山人，博士研究生，Ｅｍａｉｌ：ｇａ