船舶尾流感应电场特性研究.pdf

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1、第26卷第4期海军工程大学学报Vol_26NO．42014年8月JOURNALOFNAVALUNIVERSITYOFENGINEERINGAug．2014DOI：10．7495／j．issn．1009—3486．2014．04．003船舶尾流感应电场特性研究张伽伟，龚沈光，贾亦卓(海军工程大学兵器工程系，武汉430033)摘要：用麦克斯韦方程推导了船舶尾流感应电磁场的两层模型计算公式，并对船舶尾流感应电磁场的特性进行了仿真分析，重点分析了尾流感应电场的水下特性。仿真结果表明：感应电场信号在水下具有频率低、距离越远幅值衰减速度越小、功率谱为线谱的特性，因此可用于船舶的远程水下探测。实测船

2、舶电场数据表明：船舶尾流感应电场是可测的，有明显的低频特性，实测数据的量级和功率谱均与理论模型基本一致，证明了该理论模型的正确性。关键词：船舶尾流；感应电场；水下特性；远程水下探测中图分类号：O441．1文献标志码：A文章编号：1009—3486(2014)04—0010—04StudyofelectricfieldinducedbywakeofmovingshipZHANGJia—wei，GONGShen—guang，JIAYi—zhuo(Dept．ofWeaponryEngineering，NavalUniv．ofEngineering，Wuhan430033，China)Abst

3、ract：Maxwellequationsareusedtoderiveatwo-layermathematicalmodeloftheinducedelectro—magneticfieldassociatedwithshipwakes．Themodelisappliedtothesimulationandanalysisofthefeaturesofthefield。especiallytoitsunderwaterfeatures．Theresultshowsthattheinducedelectricfieldsignalshavelowdecayrate，lowfrequen

4、cyanduniquespectralpeak，whicharesignificantforashiptocarryoutaremoteunderwaterdetection．Thecomparativestudyoftherealelectricfieldsig—nalsandthetheoreticaldateshowsthattheyareconsistentinthemagnitude，trendandpowerspec—trl】mandthatthemode】iScorrect．Keywords：shipwakes；inducedelectricfield；underwate

5、rfeature；remoteunderwaterdetection船舶在海水中航行会引起周围海水运动从而而对尾流感应电场的水下特性研究较少。国内目产生船舶尾流，一般中型船舶产生的尾流可持续前还几乎没有针对船舶尾流感应电磁场方面的研几十分钟甚至几个小时，且难以消除和模拟。目究。笔者研究发现，数千吨级的船舶在水下的尾前，针对船舶尾流的数学模型、声散射特性、光散流感应磁场的量级为nT，尾流感应电场的量级为射特性和相应的探测和信号处理技术等已有许多／,V／m，而一般磁传感器灵敏度为1nT，电场传感相关研究]。由于海水是良导体，当海水运动器为几十nV／m，所以在水下探测船舶尾流的感时会切割地球

6、磁感线引起空间磁场的变化而产生应电场将会比探测感应磁场获得更大的信噪比，感应电磁场，因此船舶尾流还具有电磁特性。国有可能在更远的距离上探测到运动船舶。因此，外在海水运动引起的感应电磁场方面做了很多研为了完善船舶尾流感应电磁场的研究，为船舶的究]，这些研究主要侧重于尾流感应磁场模型，水下远程探测和特征信号控制提供参考，文中对收稿日期：201310—10；修回日期：2014—03—16。基金项目：国家自然科学基金资助项目(51109215)；国家重大安全基础研究资助项目(613166)。作者简介：张伽伟(1986一)，男，博士生，主要研究方向为舰船物理场。通信作者：张伽伟，E—mail：g

7、aweizhang@163．corn。第4期张伽伟等：船舶尾流感应电场特性研究·11·船舶尾流运动引起的感应电场进行了研究。磁场B满足以下麦克斯韦方程×E一一；(2)l船舶尾流感应电场的数学模型盯×H一(E+'，×BE)+。3E。(3)建立O-xyz正交坐标系(见图1)。坐标原点0为船舶的初始位置，Ox方向为船舶运动方向的由上式可知，若知某点的速度v(x，Y，，￡)和B，E反方向，海平面为z一0的坐标平面。图中：B为的边界条件，就可以求得某点的