尾流的感應磁場作為船舶尾流重要物理特性之一在海洋探測、跟蹤和反偵察中占有重要地位。論文基于麥克斯韋電磁理論方程組、磁流體動力學理論、海面波浪譜特性和船體的幾何特征等理論基礎,建立了尾流的波形和速度模型,并在此基礎上考慮實際海洋環(huán)境和船體的幾何尺寸等因素建立了尾流感應磁場模型,借助Matlab軟件對船舶行駛過程中引起的開爾文尾流所產(chǎn)生的感應磁場進行仿真和分析,得到了尾流感應磁場的變化規(guī)律和分布特性,并設計了尾流感應磁場的仿真系統(tǒng)。論文主要研究內(nèi)容如下所述。1、艦船尾流波形模型的建立。根據(jù)海浪譜特性和理論知識,針對不同海浪環(huán)境、船體的幾何尺寸和航行速度通過理論計算和分析建立波形模型,結合計算機軟件模擬了不同船體的水下幾何結構,將尾流的特性與船體主尺度聯(lián)系起來,分別對一維、二維和三維空間尾流波形的變化作了詳細的分析和探討,得到了尾流波形的分布和變化規(guī)律。2、艦船尾流速度和感應磁場模型的建立。文中選取海面譜為P-M譜,在尾流波形模型的基礎上建立了速度和感應磁場模型,針對不同海況、不同船體尺寸、航行速度和海面風速等情況下尾流的速度和感應磁場的變化以及分布做了具體分析,得到了尾流感應磁場與船體幾何尺寸、吃水深度和海面風速等之間的關系以及隨著傳播距離增加磁場的變化特性,給出了特定船型不同距離段的感應磁場大小,針對仿真結果分析了誤差來源。在此基礎上,仿真了單一船只的感應磁場隨時間和船體運動的動態(tài)變化規(guī)律,并根據(jù)磁場疊加原理模擬了多船只通道共同行駛時產(chǎn)生的感應磁場,為尾流感應磁場仿真系統(tǒng)的設計和開發(fā)奠定了基礎。3、設計船舶尾流感應磁場仿真系統(tǒng)。利用Matlab軟件GUI窗口編程并結合Matlab MCR和Microsoft Visual Studio 2010編譯器設計了船舶尾流感應磁場仿真系統(tǒng),實現(xiàn)了仿真系統(tǒng)脫離Matlab環(huán)境運行,得到仿真系統(tǒng)的應用程序。該仿真系統(tǒng)不僅能夠準確、直觀、快速的模擬設定船型尾流在任意方向的磁感應強度的大小和變化規(guī)律,而且具有操作簡便、節(jié)省成本的優(yōu)勢,為船舶尾流實驗和探索海洋資源提供了更好的基礎和有效的仿真平臺。本文主要利用分布建模和計算機軟件結合的方法對船舶尾流的波形、速度和感應磁場進行了研究和分析,給出了多種參數(shù)下的仿真結果和感應磁場的變化規(guī)律,并實現(xiàn)了分布建模的統(tǒng)一化,得到了尾流感應磁場的仿真系統(tǒng)軟件,諸多方面的研究可為海洋目標的檢測和識別提供基礎性的支持。
【學位單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：E925;P714
【部分圖文】：

水質(zhì)點離開自身平衡位置做周期性或準周期性的運動距離遠、留存時間長和頻率小等特性，其物理特性主要特性和電磁特性等，它們主要與海洋背景、船舶的幾密切相關。流運動過程中引起的海水運動產(chǎn)生的感應磁場規(guī)律，海水中含有無機鹽，船舶尾流運動切割磁感線產(chǎn)生感便于研究，對于行駛中的船舶，假設海洋平面是理想的如圖 2.1 所示，取 z 方向為垂直方向，在空間直角坐標反方向運動，O 為船舶的初始位置，z=0 為海平面的坐下假定為常數(shù)），磁傾角 I 是地磁場與該位置地球表面北極之間的夾角。故坐標中任意位置的地球磁場可表(coscoscossinsin)EEIiIjIk B B －z

西安工業(yè)大學碩士學位論文sθ+ysinθ)是自由表面波的相位函數(shù)，k 表示與 x 軸 θ 方向傳播的表 λ = 2π/k = 2πU2cos2θ/g，Ω(θ)表示的是船體的特征參數(shù)（是一個復根據(jù)流體力學和船體相關理論[42-43]可將 Ω(θ)表示為: eeddkk jkcos2sec(,)()）中 η(ξ, ζ)表示偏移位置 ξ 和吃水深度 ζ 的船型函數(shù)與船舶的幾何Half divergence angle19.5°

15(c) v=15m/s (d) v=20m/s圖 2.7 不同船速下尾流波形分布根據(jù)圖 2.7 仿真了同一船型的航行速度對尾流波高大小、波形分布以及波長的影響，對不同船速下尾流的波形分布進行分析可得到：尾流的波高、波長變化和傳播速度都與船體航行速度的大小有關。當船體的航行速度逐漸增大時，產(chǎn)生的尾流的速度也在逐漸增加，相應的尾流的波高和振幅逐漸變大，對應的波長逐漸增長，二維空間得到的波高特性與一維情況下波高隨傳播距離變化的規(guī)律吻合。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 魏洪斌;;船舶尺度和船體形狀影響因素[J];中國水運;2014年08期

2 陳彬;代瑩;明德烈;柯華;;基于海洋背景的艦船及其尾跡紅外仿真研究[J];計算機與數(shù)字工程;2014年07期

3 張伽偉;姜潤翔;龔沈光;;淺海中船舶尾流產(chǎn)生的感應電磁場[J];哈爾濱工程大學學報;2014年08期

4 張建生;李旭東;陳焱;孫建鵬;劉華成;;模擬尾流氣泡幕中的氣泡率及聲速[J];西安工業(yè)大學學報;2014年01期

5 張建生;孫建鵬;陳焱;常洋;崔紅;;光學遙感探測尾流研究[J];西安工業(yè)大學學報;2013年04期

6 崔紅;常洋;張建生;;基于MATLAB的尾流圖像數(shù)字化處理[J];光子學報;2010年12期

7 田雪冰;顧建農(nóng);張志宏;王沖;;航速對艦船氣泡尾流幾何特性的影響[J];魚雷技術;2010年04期

8 侯海平;陳標;張本濤;;船舶尾跡SAR成像仿真與散射特性分析(英文)[J];系統(tǒng)仿真學報;2010年01期

9 吳猛猛;陳伯義;楊立;;水下運動體尾流水面特征的研究進展與應用[J];紅外技術;2009年11期

10 沈淳;李盾;周彬;唐偉偉;王雪松;;飛機尾流的仿真平臺構建研究[J];系統(tǒng)仿真學報;2009年20期

相關博士學位論文 前3條

1 孫榮慶;海面艦船尾跡電磁散射研究[D];西安電子科技大學;2013年

2 孫春生;艦船氣泡尾流的前向光散射特性及探測技術研究[D];國防科學技術大學;2008年

3 張建生;尾流的光學特性研究與測量[D];中國科學院西安光學精密機械研究所;2001年

相關碩士學位論文 前5條

1 肖晨;船舶尾流氣泡幕電磁特性研究[D];西安工業(yè)大學;2016年

2 王偉;海面艦船尾跡仿真與電磁計算[D];西安電子科技大學;2015年

3 熊姍姍;海洋背景下開爾文尾跡電磁散射與紅外輻射特性研究[D];西安電子科技大學;2014年

4 杜充;艦船尾跡建模與其相關電磁方法研究[D];電子科技大學;2013年

5 趙桂梅;船舶航跡/航向控制系統(tǒng)可視化仿真[D];哈爾濱工程大學;2011年

本文編號：2815683