电化学极化状态对潜艇螺旋桨扰动电场模型的影响

潜艇服役期间涂层性能退变影响潜艇电场分布,以材料电化学极化状态为边界条件,应用边界元法建立潜艇涂层性能下降、涂层渗透腐蚀、涂层局部破损极化三种潜艇腐蚀静电场模型,从时域和频域特征对螺旋桨扰动电场模型进行分析。研究结果表明：电化学极化状态对螺旋桨扰动电场的电位信号特征及电场谐波频段影响显著。恒电位、线性极化、非线性极化三种边界条件下,螺旋桨以相同频率旋转扰动静电场时,各模型的频率成分占比差异明显。非线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最大,线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最小。三种边界条件下电场模型的3倍扰动频以上的谐波范围会发生改变,恒电位边界下模型谐波范围最小,非线性边界条件下谐波范围最大。     

基于等效电路和点电流源的潜艇水下腐蚀电场估算

为了对潜艇涂层破损状态的水下腐蚀电场进行快速评估,基于电化学腐蚀原理和潜艇结构特点,建立潜艇涂层局部破损时的腐蚀电流等效电路,对潜艇涂层局部破损时的腐蚀电流强度进行估算,并基于点电流源对潜艇腐蚀电场建模,将潜艇涂层破损部位和裸露螺旋桨等效为点电流源,利用点电流源在分层介质中的电场计算公式对潜艇涂层破损时的腐蚀稳恒电场进行估算。与某型潜艇腐蚀电场商业有限元软件COMSOL仿真结果对比表明：该估算方法得到的潜艇表面腐蚀电流和不同路径电场分布曲线规律与COMSOL仿真结果基本一致,电流估算值相对误差不超过6.5%,电场各分量峰峰值相对误差不超过18%。     

浅海中潜艇腐蚀相关静态电磁信号特征

来源于腐蚀及防腐电流的静态电、磁信号是潜艇水下新的重要目标特性。为掌握其水下分布特征,采用三层平行分层导电媒质中的水平直流电偶极子对其进行建模。结合水平直流电偶极子全空间中的电场、磁场表达式的推导,通过数值仿真计算,对比分析海水中腐蚀相关静态电场及静态磁场的分布特征及远场衰减规律。分析表明:浅海中潜艇腐蚀相关静态电场近场量值大,分布特征明显,适合做水中兵器引信的信号源;磁场远场按距离的平方反比衰减,可用于潜艇的远程探测和定位。     

基于旋转点电荷模型的舰船腐蚀电场

为了找出轴频电场无法彻底消除及实际测量中静电场产生波动曲线问题的原因,基于旋转点电荷的建模方法对舰船腐蚀电场进行研究。利用汉克尔变换对点电荷在三层介质中产生的电场进行近似求解,得出一定转速下感应电场随时间、螺旋桨半径及水面距离变化的规律曲线图,并通过实验验证了理论结果的正确性。结果表明:螺旋桨旋转产生的感应电场是构成舰船腐蚀电场的一部分,一定转速下的感应电场频率与螺旋桨转动频率一致,并会随着螺旋桨半径及与水面距离的增加而减小。     

泵喷推进型潜艇电场防护效果与阴极保护性能分析

为探究泵喷推进型潜艇在电场防护和外加电流阴极保护这两种典型工作形态下的防护效果,采用边界元法建立了此型潜艇的腐蚀相关静电场模型,仿真分析了导流罩和导叶对电场防护与阴极保护效能的影响。结果表明:相较于传统推进方式,泵喷推进型潜艇在海水中电场峰峰值降低了约38%,且其仅需约50%的电流值便能达到更优的电场防护效果。此外,不论阴极保护过程中整艇涂层是否完好,泵喷推进装置处的电场峰值均有一定程度的降低,这表明泵喷推进装置具有更好的电场隐身性能;然而在对泵喷推进型潜艇外加电流阴极保护的过程中,只能在船身和大轴处达到较好的保护效果,其导流罩内部的叶轮和导叶难以达到保护电位,处于欠保护状态,局部腐蚀防护仍需加强。     

基于AR预测模型的船舶轴频电场实时检测方法

船舶的腐蚀和防腐电流经螺旋桨转动的调制后会在海水中产生极低频的轴频电场,并成为一种重要的目标特征信号源,但其在海洋环境中衰减较快的特点给目标检测带来了困难.通过对船舶轴频电场以及海洋环境电场噪声与测量电路自噪声的分析,提出了一种能够在低信噪比下检测船舶轴频电场的方法.从对噪声信号的预测入手建立AR模型,以该模型对电场噪...     

基于边界元法的船舶水下静电场模型

针对传统电偶极子方法在船舶水下电场建模工作中反演实验与模型修正的过程比较复杂等不足,采用边界元法建立了包含船体材料、涂层、腐蚀区域和外加电流阴极保护系统辅助阳极的数量、位置、面积等参数在内的模型,计算了阴极保护系统在关闭与开启两种状态时船身的腐蚀状况和船体下方50m、边长200m平面的电场强度。计算结果表明:采用边界元方法能够得到包括阴极保护系统在内的船身各项参数对静电场和自身腐蚀状况的影响,如果对阴极保护系统进行合理的设置,能够减小船身的腐蚀和水下静电场的目标特征。     

层流条件下传质过程对舰船电场的影响

为了使直流电流元模型仿真结果更加接近实际情况,首先建立了螺旋桨圆盘等效模型;然后,结合电化学及流体力学相关理论,从流动腐蚀角度对舰船在海水中的腐蚀电流密度进行分析,并基于Navier-Stokes方程得出了圆盘表面氧气的传质过程控制下的极限腐蚀电流强度,建立了腐蚀电流元模型求解三层介质中的静电场;最后,进行了实验验证。结果表明:螺旋桨转速的增加会导致静电场幅值增加,且电场幅值的变化与测量点及船壳破损的位置有关,实际腐蚀过程中边缘效应的影响不可忽略。     

潜艇内置推进系统水动力设计

为提高潜艇推进效率,降低潜艇阻力和噪声,提出了一种潜艇内王推进系统及其结构布局,初步建立了内置推进系统的理论分析方法和设计思路.对推进系统的管道进行了参数化设计,并借助计算流体力学软件,用体积力代替螺旋桨产生的力场,对不同管道参数下的潜艇周围及管道内部的流场进行了数值模拟,结果表明:增大管道的进口面积可以减小管道阻力,...     

抑制潜艇螺旋桨旋转噪声的消涡整流新方法研究

潜艇螺旋桨工作在非均匀的潜艇尾流中,潜艇尾流的不均匀性直接与螺旋桨的旋转噪声相关。在分析潜艇主附体结合部马蹄涡对潜艇尾流不均匀性影响的基础上,设计了消涡整流片以削弱马蹄涡强度。结合数值计算方法计算了消涡整流片作用下的潜艇模型的流场和螺旋桨的旋转噪声。结果表明:消涡整流片可以较好地降低潜艇尾流的周向不均匀性、控制潜艇螺旋桨非定常力的变化幅度,并抑制螺旋桨的旋转噪声。在消涡整流片的作用下,螺旋桨所对应的1阶叶频声源级噪声值下降约4dB。     

运动潜艇的感应电场分布

采用相对论电磁变换法计算了单个磁偶极子匀速运动时产生的感应电场三分量。利用沿圆柱表面排列的磁偶极子阵列近似模拟潜艇的磁场分布,通过对磁偶极子阵列运动感应电场三分量的积分运算,得到了潜艇运动感应电场的分布规律,解决了由高斯定理计算感应电场因电场方向不同难以进行积分运算的难题。利用海水中布放的传感器,实际测量了运动潜艇模型的感应电场,测量结果验证了所提出的感应电场计算方法的正确性。     

温度对舰船阴极保护和腐蚀静电场的影响

海水中氧溶解量和海水电导率是影响海水腐蚀性能的重要因素，而这两个因素主要取决于海水的盐度和温度。采用边界元法建立舰船外加电流阴极保护和腐蚀静电场模型，研究不同海水温度下氧溶解量、电导率及氧的扩散系数对舰船腐蚀防腐静电场的影响。结果表明，腐蚀电场峰值随着温度的升高而减小，当两对阳极输出电流分别为13.5 A和8 A时，船体和舵在低温处于过保护状态而在高温处于欠保护状态，螺旋桨和轴在不同温度下均能得到较好的保护。     

TA2-B10管不同电偶腐蚀防护方式对B10管腐蚀特性的影响

为研究TA2-B10合金管在不同电偶腐蚀防护方式下对B10管腐蚀特性的影响,在青岛小麦岛海水试验场设置TA2-B10管直接连接、电绝缘连接、电绝缘＋涂层连接三组不同电偶腐蚀防护方式对照管道,依次进行1m/s、3m/s、4m/s流动海水与浸泡交替腐蚀试验。对试验后的三组B10管道线切割,通过管道内表面电位分布试验分析不同电偶腐蚀防护方式下B10管道的腐蚀类型;采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱和微观表征,分析不同电偶腐蚀防护方式下距离法兰接头250mm处B10管试样的腐蚀特性。结果表明,直接连接TA2-B10管处于电偶腐蚀状态,B10端内电位正移腐蚀加速,电绝缘连接和绝缘＋涂层连接TA2-B10管均处于自腐蚀状态,但电绝缘＋涂层连接具有更好的绝缘效果;电绝缘＋涂层连接防护下的B10试样,腐蚀电流密度最小,自腐蚀电位最负;三组B10试样阻抗谱均呈现单容抗弧特征,电绝缘＋涂层连接防护下的B10试样具有更大的传递电阻和膜层电阻;电绝缘＋涂层连接能有效减缓点蚀、坑蚀和晶间腐蚀三种腐蚀倾向。以上结果综合说明,绝缘＋涂层防护方式具有更好的电偶腐蚀防护效果。     

回归再时效7A60铝合金在0.5mol/L NaCl溶液中的点蚀性能

采用腐蚀电化学的点蚀极化曲线并结合腐蚀形貌的扫描电镜分析的方法,研究了回归再时效(RRA)工艺处理7A60铝合金在0.5mol/L NaCl溶液中的点蚀行为,对其耐点蚀性能进行了评价,并探讨了RRA工艺改善该合金点蚀性能的机理。结果表明:采用120RRA工艺(120℃×24h预时效+195℃×0.5h回归+120℃×24h再时效)处理后,7A60铝合金在0.5mol/L NaCl溶液中的阳极极化曲线闭合环面积减小,再钝化电流密度Ipp降低,蚀孔较浅,RRA工艺在一定程度上改善了该铝合金在0.5mol/L NaCl溶液中的耐点蚀性能。     

层流介质中金属板腐蚀电位分布研究

为了研究流动介质中产生的静电场,结合电化学和流体力学相关知识建立层流介质中金属板模型,利用贝塞尔函数展开及其逆运算推导出在三层介质中基于点电荷模型的腐蚀电位解析表达式,同时计算出金属板产生的电场。运用推导出的解析表达式计算出在流动介质中任意场点处金属板随不同流速产生的腐蚀电位,并通过实验验证结果的正确性。结果表明,对层流条件下电化学反应产生的电流密度所建模型的结果与实验测量数据吻合度较高,同时电场分布也会随着流体流速及层流方向上长度的变化而发生变化。