發(fā)布時(shí)間：2022-01-06 16:23

　　在僅利用水平時(shí)諧電偶極子對(duì)艦船軸頻電場信號(hào)進(jìn)行換算時(shí),存在近場深度誤差較大的問題。文中首先在仿真數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,明確了船體表面不同位置電流密度與軸地電阻值波動(dòng)時(shí)的變化規(guī)律;其次,提出了基于包絡(luò)信號(hào)的軸頻電場深度換算方法,該方法在希爾伯特（Hilbert）變換計(jì)算軸頻電場信號(hào)包絡(luò)的基礎(chǔ)上,將軸頻電場近場的深度換算問題轉(zhuǎn)化為包絡(luò)信號(hào)等效靜電場的近場換算問題,并利用點(diǎn)電荷模型建立了軸頻電場信號(hào)包絡(luò)在"空氣—海水—海床"3層介質(zhì)條件下的正演及反演模型。最后,分別利用4種陰極防腐狀態(tài)下的船模試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)所提方法的有效性進(jìn)行了檢驗(yàn),結(jié)果表明,所提方法能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)軸頻電場信號(hào)包絡(luò)值的準(zhǔn)確換算,以相對(duì)均方根誤差作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,水深為1倍船模寬度的換算誤差小于15%。文中方法可為艦船近場的軸頻電場反演提供新的途徑。 

【文章來源】：水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2020,28(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

艦船尾部電路結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Circuitdiagramofshipsternstructure

(impressedcurrentcathodicprotection)指外加電流陰極保護(hù)。圖1艦船尾部電路結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Circuitdiagramofshipsternstructure由圖1可知,船體內(nèi)部回路電阻并聯(lián)可得11111bRRRRR前軸承后軸承軸接地推力軸承(1)文獻(xiàn)[12]研究結(jié)果表明,軸接地裝置的電阻R軸接地(碳刷和滑環(huán)的接觸電阻)明顯小于其他接地電阻,即有bRR軸接地。R軸接地與軸的載荷、偏心度、碳刷彈簧的彈性等因素密切相關(guān),艦船同種轉(zhuǎn)速條件下的軸地等效電阻bR的波動(dòng)情況如圖2所示,其中bR由軸地電壓值除以軸電流(非接觸電流傳感器測(cè)量結(jié)果)得到。由圖2可知,軸地電阻的波動(dòng)值具有明顯的隨機(jī)性,且左軸與右軸的差異較大。圖2艦船軸地電阻信號(hào)Fig.2Signalofshaft-groundresistanceofship軸地電阻波動(dòng)的隨機(jī)性必將導(dǎo)致水下軸頻電場信號(hào)的隨機(jī)性,因此,在對(duì)軸頻電場信號(hào)建模時(shí),一種合適的方法是對(duì)某一時(shí)間段內(nèi)軸頻電場信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行建模,以得到軸頻電場信號(hào)的最大幅值。1.3軸地電阻對(duì)船體表面電流分布的影響由軸頻電場的產(chǎn)生機(jī)理可知,它是在靜電場E的基礎(chǔ)上調(diào)制產(chǎn)生的,若軸地等效電阻波動(dòng)引起水下電場的波動(dòng)系數(shù)是一致的,則水下軸頻電場信號(hào)的包絡(luò)值1E可近似表示為1EE(2)利用邊界元法對(duì)典型艦船(如圖3所示)在不同bR條件下的靜電場信號(hào)進(jìn)行仿真計(jì)算,可得船體在自然腐蝕狀態(tài)及陰極保護(hù)狀態(tài)(4對(duì)輔助陽極恒電流輸出、減搖鰭、美人架及舵板局部犧牲陽極防腐)條件下軸地電阻變化時(shí)船體表面電位、電流密度及水下電場的特性。

2020年8月靳雄,等:基于包絡(luò)信號(hào)的軸頻電場深度換算方法第4期水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào)www.yljszz.cn405圖3典型艦船結(jié)構(gòu)Fig.3Typicalstructureofship將圖3中的艦船平均劃分為11段,由首部到尾部的編號(hào)依次為s0,s1,,s10,得到不同電阻條件下船體表面的電流密度J如圖4和圖5所示。圖中,橫坐標(biāo)N對(duì)應(yīng)船體底部不同區(qū)域,依次是s0、s1、s2、s3、s4、減搖鰭A、s5、s6、減搖鰭B、s7、s8、s9、美人架襯套、美人架、槳葉、槳轂、舵板和s10。圖4自然腐蝕狀態(tài)條件下船體表面電流密度曲線Fig.4Currentdensitycurvesofhullsurfaceinnaturalcorrosioncondition圖5陰極防腐條件下船體表面電流密度曲線Fig.5Currentdensitycurvesofhullsurfaceincatho-diccorrosionprotectioncondition分別以圖4和圖5中0m的電流密度作為基準(zhǔn),計(jì)算得到不同電阻值條件下電流密度與其的比值k,如圖6所示。由圖6可知,自然腐蝕和陰極防腐狀態(tài)下,當(dāng)軸地電阻波動(dòng)時(shí),船體不同位置處表面電流密度的波動(dòng)值均是變化的,且靠近螺旋槳附近的波動(dòng)系數(shù)較大,遠(yuǎn)離螺旋槳船體的波動(dòng)系數(shù)較小,即軸地等效電阻變化引起船體表面電流密度的變化是與船體陰極保護(hù)狀態(tài)和船體位置相關(guān)的。圖4和圖5對(duì)應(yīng)的1倍船寬深度,正橫距為5m處的水下電場信號(hào)分別如圖7和圖8所示。由圖可知,軸地等效電阻的變化也將導(dǎo)致水下靜電場信號(hào)E的變化,且不同位置的電場值變化不同,即無法利用某一固定的波動(dòng)系數(shù)在靜電場的基礎(chǔ)上完成對(duì)軸頻電場的建模。

【參考文獻(xiàn)】：
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