潜艇螺旋桨区域腐蚀电场模型特征及奇异峰成因分析

针对边界元法推算潜艇腐蚀电场分布时边界条件影响电场信号特征,导致螺旋桨区域产生奇异峰现象的问题,以实测船用921合金钢和镍青铜螺旋桨材料极化曲线作为建模边界条件,重点对比分析了恒电位和非线性边界条件下的电场特征,并通过建立阻抗谱参数下的船壳-螺旋桨电化学阻抗等效电路,分析了潜艇腐蚀电场螺旋桨区域产生奇异峰的原因。仿真结果表明:潜艇电场特征分布及螺旋桨区域奇异峰现象与船体材料电化学极化状态有关,合理设定非线性极化边界参数可达到削弱奇异峰现象、平滑腐蚀电场模型的效果。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

海水中稳恒电流电场的点电极计算模型

根据点电极基本假设,利用均匀介质中稳恒电流场与静电场的相似性,分别采用分离变量法和镜像法计算了点电极稳恒电流场在空气 海水 海床三层介质平行界面模型下的电位分布,从而得到了海水中稳恒电流电场的计算模型.计算结果表明:点电极的电场分布具有明显的特征,可作为舰船电场电极阵列模拟的计算单元.     

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...     

PCP系统的优化对船舶水下电场的抑制作用

为了达到抑制水下电场特征的目的,需要使船身电位保持均匀.采用边界元法建立了空气-海水两层介质中的船体模型,通过改变牺牲阳极阴极保护系统中牺牲阳极的数量和分布,定量计算了不同保护状态下的船身电位和水下电场,并进行了实验室船模实验.仿真和实验结果均表明:对阴极保护系统进行合理的设计,使阳极与腐蚀区域之间保护电流的作用距离缩...     

螺旋桨激励水下艇体振动的试验及数值研究

为考虑螺旋桨真实激励特性,在循环水槽中开展艇尾伴流场中螺旋桨诱导艇尾脉动压力及螺旋桨激励水下艇体振动响应的测量试验。试验结果表明:脉动压力幅值在叶频处最大,且随螺旋桨负载增加而增大,随与螺旋桨之间距离的增大而减小,四叶桨脉动压力在尾翼后的高伴流区幅值较大,五叶桨则在尾翼之间的低伴流区幅值较大;大部分测点的振动响应幅值随螺旋桨负载增加而增大,但也存在叶频处幅值较小和未随负载增加而增大的情况;五叶桨激励引起的侧向振动较四叶桨有所增强而轴向振动有所减弱;特定谱峰频率处振动响应幅值呈一阶弯曲振型,其频率范围与有限元计算结果较为一致。综合采用计算流体动力学、有限元和模态叠加法建立螺旋桨激励水下艇体振动响应的数值计算方法,通过计算与试验结果的对比发现,该方法的计算结果与试验结果吻合较好,相比于采用单位简谐激励的谐响应分析方法更加接近真实情况。     

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。     

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,...     

电力谐波及其对电能计量的影响

非线性用户的增多,使电网中谐波含量不断增加,对电能准确计量带来较大影响。针对上述情况,首先叙述了谐波的主要来源,从计量仪表的频率特性曲线角度,分析了谐波条件下感应式电能表和电子式电能表的误差变化情况,指出现有计量方式的不足,提出了改进计量方式的措施。