船舶尾流模拟及感应磁场分布特性

摘要

尾流的感应磁场作为船舶尾流重要物理特性之一在海洋探测、跟踪和反侦察中占有重要地位。论文基于麦克斯韦电磁理论方程组、磁流体动力学理论、海面波浪谱特性和船体的几何特征等理论基础，建立了尾流的波形和速度模型，并在此基础上考虑实际海洋环境和船体的几何尺寸等因素建立了尾流感应磁场模型，借助Matlab软件对船舶行驶过程中引起的开尔文尾流所产生的感应磁场进行仿真和分析，得到了尾流感应磁场的变化规律和分布特性，并设计了尾流感应磁场的仿真系统。论文主要研究内容如下所述。
　　1、舰船尾流波形模型的建立。根据海浪谱特性和理论知识，针对不同海浪环境、船体的几何尺寸和航行速度通过理论计算和分析建立波形模型，结合计算机软件模拟了不同船体的水下几何结构，将尾流的特性与船体主尺度联系起来，分别对一维、二维和三维空间尾流波形的变化作了详细的分析和探讨，得到了尾流波形的分布和变化规律。
　　2、舰船尾流速度和感应磁场模型的建立。文中选取海面谱为P-M谱，在尾流波形模型的基础上建立了速度和感应磁场模型，针对不同海况、不同船体尺寸、航行速度和海面风速等情况下尾流的速度和感应磁场的变化以及分布做了具体分析，得到了尾流感应磁场与船体几何尺寸、吃水深度和海面风速等之间的关系以及随着传播距离增加磁场的变化特性，给出了特定船型不同距离段的感应磁场大小，针对仿真结果分析了误差来源。在此基础上，仿真了单一船只的感应磁场随时间和船体运动的动态变化规律，并根据磁场叠加原理模拟了多船只通道共同行驶时产生的感应磁场，为尾流感应磁场仿真系统的设计和开发奠定了基础。
　　3、设计船舶尾流感应磁场仿真系统。利用Matlab软件GUI窗口编程并结合Matlab MCR和Microsoft Visual Studio2010编译器设计了船舶尾流感应磁场仿真系统，实现了仿真系统脱离Matlab环境运行，得到仿真系统的应用程序。该仿真系统不仅能够准确、直观、快速的模拟设定船型尾流在任意方向的磁感应强度的大小和变化规律，而且具有操作简便、节省成本的优势，为船舶尾流实验和探索海洋资源提供了更好的基础和有效的仿真平台。
　　本文主要利用分布建模和计算机软件结合的方法对船舶尾流的波形、速度和感应磁场进行了研究和分析，给出了多种参数下的仿真结果和感应磁场的变化规律，并实现了分布建模的统一化，得到了尾流感应磁场的仿真系统软件，诸多方面的研究可为海洋目标的检测和识别提供基础性的支持。

目录

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究概况及发展趋势

1．3 本文的主要研究内容

2．1 引言

2．2 尾流波的数学模型

2．3 尾流模拟时船体选择依据

2．4 船舶尾流波形研究

2．4．1 船舶水下几何结构的模拟

2．4．2 一维尾流波形模拟与分析

2．4．3 二维尾流波形模拟与分析

2．4．4 三维尾流波形模拟与分析

2．5 本章小结

3 船舶尾流感应磁场模型的建立与仿真分析

3．1 引言

3．2 船舶尾流速度模型建立

3．2．1 低海况下尾流速度计算

3．2．2 高海况下尾流速度计算

3．3 尾流速度的模拟与分析

3．3．1 一维空间尾流速度的变化特性研究

3．3．2 二维和三维空间尾流速度分布规律研究

3．4 船舶尾流感应磁场的产生机理

3．5 船舶尾流感应磁场的仿真分析

3．5．1 感应磁场的大小仿真及变化特性分析

3．5．2 感应磁场的分布特性仿真

3．5．3 多船只尾流感应磁场的仿真分析

3．5．4 尾流感应磁场的动态模拟

3．5．5 尾流感应磁场的分布特性分析

3．6 船舶尾流感应磁场的能量特性

3．7 尾流感应磁场的仿真结果与误差分析

3．8 本章小结

4 船舶尾流感应磁场仿真系统

4．1 尾流感应磁场仿真系统设计

4．1．1 仿真系统界面设计

4．1．2 仿真系统的工作原理与功能实现

4．2 仿真系统测试

4．2．1 仿真系统检验

4．2．2 系统仿真结果分析

4．2．3 仿真系统的合成与使用

4．3 本章小结

5 结论

5．1 研究结论

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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