深海中垂直静态电偶极子电位及电场分析.pdf

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1、船电技术I应用研究深海中垂直静态电偶极子电位及电场分析张鹏鹰f海军驻大连地区军事代表室，辽宁大连100107)摘要：通过建立电场在深海环境下的空气．海水两层模型，采用镜像法，得到深海模型中垂直静态电偶极子的电位和电场分布解析表达式，在此基础上，进行电位和三分量电场仿真计算，分析了两层模型下垂直静态电偶极子的电位、电场强度的分布特性，得到它们随海水深度变化的规律。关键词：静态电偶极子两层模型电位电场中图分类号：TM15文献标识码：A文章编号：1003—4862(2012)05—0026—03Elec

2、tricFieldAnalysisofStaticVerticalDipoleinDeepwaterZhangPengying(NavalRepresentativesOfficeinDalian，Dalian100107，Liaoning，China)Abstract：Two—layermodelofair—seawatermodelissetup，andtheanalyticalexpressionsofelectricfielddistributionisderivedforstaticel

3、ectricdipoleofthedeepsea．Thesimulationofelectricpotentialandthethree—componentelectricfieldaremade．Thedistributioncharacteristicsofstaticelectricdipoleelectricpotentialandelectricfieldsareanalyzed,andtheinfluenceexertedbytheverticallocationofthedipole

4、onthedistributionofthefieldsisobtained．Keywords：staticelectricdipole,"two—layermodel,"electricpotential,"electricfield0引言电场的深度换算奠定了理论基础。静态电偶极子模型结构简单，应用广泛。一1深海种垂直静态电偶极子电场及电位部分电场的场源可以直接用电偶极子来描述；任解析式意分布的电流源产生的电场可看作是由多个电偶海水是一种导电媒质，如果信源的尺寸远小极子产生的电场的叠加L1I2J

5、。目前，在舰船电场研于海水深度，可将深海的水深视为无限，那么深究方面，由于研究对象的复杂性，必须对舰船开海环境就可以等效为空气．海水两层模型。如图1展实船电场测量，但是由于条件限制，这种测量所示，以空气．海水界面作为z=0的平面，空气占只能在有限深度、有限区域内进行，而对舰船电据z<0的半空间，而海水则占据另一半空间，z轴场的应用研究却需要了解各区域的电场分布情正方向指向海底，x轴正向指向读者的右手侧，Y况。因此，可以利用电偶极子模型对舰船电场开轴正向指向读者，以此建立右旋笛卡尔直角坐标展深度换算

6、研究。海水是一种导电媒质，对于深系O—xYz。方向指向z轴正向的垂直电偶极子海可以等效为空气．海水两层模型，根据静态电磁Id，位于海水中点(D．Y0．ZO)。空气和海水的电磁场的拉普拉斯方程及其电位的约束方程，利用镜特性参数分别为Co,fl0，or0及s，盯』，其中。』，像法就可以得到空气．海水两层模型中静态垂直。=0。可采用镜像法求解垂直电偶极子的电位和电偶极子产生的电位及电场强度。两层模型产生电场分布，垂直电偶极子位于海水中点(D的电位及电场强度表达式的导出为实现舰船静态．YD．)处，存在海水

7、和空气的分界面时，则对海水中的点来说，像一Izdl位于(XoYo-z0)，深海中电收稿日期：2012—02．27,作者简介：张鹏鹰(1968一)，男，高级工程师，研究偶极子的单界面镜像模型见图1所示。方向：舰船推进研究。对于垂直电偶极子，其在海水中产生的电26船电技术I应用研究其+大，电场强度逐渐减小。它的有效覆盖半径比亦约为3。：(一)(1)从图3可以看出，垂直静态电偶极子在深电场强度分布方程为，】：海环境中产生的电位在电偶极子的点电荷连线的垂直等分线上为0，这是正负点电荷互相抵消E：一：+的结

8、果。随着与电偶极子距离的增大，电位先迅速增大和减小到正峰值和负峰值，然后慢慢=一](2)回归到0电位。其中，从绝对大小上比较，负峰值要比正峰值大一些，且距离电偶极子越远+一]时越明显。3(Z—Z0)一3(Z+)一]一—■一Irl=(X-Xo)ex+Cy-yo)ey+(-Z(Zo)e~(3)：=一一++一一。++(zZ++z：⋯。。。：式(2)中，，，分别表示、Y、z方向的单位向量。显然，电场E的三项表达式分别表示图2电位三维分布图垂直电偶极子在深海空气一海水两层模型中产一一、一一一