﻿ 舰船磁场特性预测仿真方法
 舰船科学技术  2018, Vol. 40 Issue (6): 110-112 PDF

Research on the simulation method of ship magnetic signature forecasting
HUANG Hai-lun, WANG Liang
Shanghai Division, China Ship Development and Design Center, Shanghai 201108, China
Abstract: Using the software Flux for electromagnetic signature simulation as the tool, the forecasting method of ship magnetic signature is studied in this paper, considering the characteristic of ship magnetic signature. Through detailed analysis on the simulation computation steps, including three-dimensional modeling of ships, meshing and physics definition, the simulation of ship magnetic signature forecasting has been realized. Simulation results show the calculation error with the measured results of the ship is less than 15%, and they are important reference to engineering practice.
Key words: ship magnetic signature     forecasting     simulation     Flux
0 引　言

1 舰船磁场计算原理

 $\left\{ \begin{array}{l}div\overrightarrow B = 0\text{，}\\rot\overrightarrow H = \overrightarrow J \text{，}\\\overrightarrow B = \mu \overrightarrow H \text{。}\end{array} \right.$ (1)

 $\overrightarrow H = - grad(\phi ) + \overrightarrow T\text{。}$ (2)

 $div([{\mu _r}]{\mu _0}( - grad(\phi ) + \overrightarrow T ) + {\overrightarrow B _r}) = 0\text{。}$ (3)

1）没有电流源

 $\overrightarrow H = - grad({\phi _{tot}})\text{，}$ (4)

 $div([{\mu _r}]{\mu _0}( - grad({\phi _{tot}})) + {\overrightarrow B _r}) = 0\text{。}$ (5)

2）电流源属于不需剖分（non-mesh）类型

 $\overrightarrow H = - grad({\phi _{red{H_j}}}) + {\overrightarrow H _j}\text{，}$ (6)

 $div([{\mu _r}]{\mu _0}( - grad({\phi _{red{H_j}}}) + {\overrightarrow H _j}) + {\overrightarrow B _r}) = 0\text{。}$ (7)

3）电流源属于需剖分（mesh）的类型

 $\overrightarrow H = - grad({\phi _{red{T_0}}}) + {\overrightarrow T _0}\text{，}$ (8)

 $div([{\mu _r}]{\mu _0}( - grad({\phi _{red{T_0}}}) + {\overrightarrow T _0}) + {\overrightarrow B _r}) = 0\text{。}$ (9)

2 舰船磁场特性预测仿真方法

1）舰船三维模型构建

2）模型的网格划分

Flux软件可以通过剖分单元尺寸对网格剖分进行控制和调整。剖分单元大小的设置，直接影响到剖分时间和剖分精度。设置过小，尽管剖分精度有一定的提高，但耗费大量计算时间，且占用过量内存，对计算机要求较高。成功实现满足计算精度要求的剖分的基本原则是保证边界盒有2～3层剖分单元（内、外边界盒之间）。

3）物理属性定义

4）求解与后处理

Flux软件还可以进行参数化求解。在求解过程中，可将各材料的相对磁导率设为变量，对每个变量赋多个值，则一次求解就可以得到多种不同磁导率组合的计算结果。

3 仿真算例

 图 1 Zix（龙骨下） Fig. 1 Zix (Under the keel)

 图 2 Zix（左舷） Fig. 2 Zix (Port side)

 图 3 Zix（右舷） Fig. 3 Zix (Starboard)

1）建模过程中，舰船三维模型作了一定程度的简化。忽略较小的铁磁设备，一些特殊的舰船结构，如球鼻首和轴系，都作了简化处理。

2）船体肋骨的设置与实际有差别。尽管进行了等值换算，但与实际仍存在误差。

3）有限元数值分析方法存在计算误差。

4）受测量工具的影响，实测数据也存在一定误差。

4 结　语

本文以通用电磁场仿真软件Flux为工具，结合舰船磁场的特点，对舰船磁场特性预测的方法进行研究。通过对仿真计算流程，包括舰船三维模型构建、网格剖分和物理属性定义等步骤的分析，完成了舰船磁场特性预测的仿真实现。仿真结果表明，与实测磁场值相对误差低于15%，对工程实践有重要参考价值。

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