尾流的感應(yīng)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(dòng)力學(xué)理論、海面波浪譜特性和船體的幾何特征等理論基礎(chǔ),建立了尾流的波形和速度模型,并在此基礎(chǔ)上考慮實(shí)際海洋環(huán)境和船體的幾何尺寸等因素建立了尾流感應(yīng)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(yīng)磁場進(jìn)行仿真和分析,得到了尾流感應(yīng)磁場的變化規(guī)律和分布特性,并設(shè)計(jì)了尾流感應(yīng)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(shí),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(jì)算和分析建立波形模型,結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件模擬了不同船體的水下幾何結(jié)構(gòu),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(xì)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(yīng)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(chǔ)上建立了速度和感應(yīng)磁場模型,針對不同海況、不同船體尺寸、航行速度和海面風(fēng)速等情況下尾流的速度和感應(yīng)磁場的變化以及分布做了具體分析,得到了尾流感應(yīng)磁場與船體幾何尺寸、吃水深度和海面風(fēng)速等之間的關(guān)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(yīng)磁場大小,針對仿真結(jié)果分析了誤差來源。在此基礎(chǔ)上,仿真了單一船只的感應(yīng)磁場隨時(shí)間和船體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)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(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場,為尾流感應(yīng)磁場仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。3、設(shè)計(jì)船舶尾流感應(yīng)磁場仿真系統(tǒng)。利用Matlab軟件GUI窗口編程并結(jié)合Matlab MCR和Microsoft Visual Studio 2010編譯器設(shè)計(jì)了船舶尾流感應(yīng)磁場仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了仿真系統(tǒng)脫離Matlab環(huán)境運(yùn)行,得到仿真系統(tǒng)的應(yīng)用程序。該仿真系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確、直觀、快速的模擬設(shè)定船型尾流在任意方向的磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)和探索海洋資源提供了更好的基礎(chǔ)和有效的仿真平臺(tái)。本文主要利用分布建模和計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合的方法對船舶尾流的波形、速度和感應(yīng)磁場進(jìn)行了研究和分析,給出了多種參數(shù)下的仿真結(jié)果和感應(yīng)磁場的變化規(guī)律,并實(shí)現(xiàn)了分布建模的統(tǒng)一化,得到了尾流感應(yīng)磁場的仿真系統(tǒng)軟件,諸多方面的研究可為海洋目標(biāo)的檢測和識(shí)別提供基礎(chǔ)性的支持。
【學(xué)位單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：E925;P714
【部分圖文】：

水質(zhì)點(diǎn)離開自身平衡位置做周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)、留存時(shí)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(guān)。流運(yùn)動(dòng)過程中引起的海水運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場規(guī)律，海水中含有無機(jī)鹽，船舶尾流運(yùn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感便于研究，對于行駛中的船舶，假設(shè)海洋平面是理想的如圖 2.1 所示，取 z 方向?yàn)榇怪狈较颍诳臻g直角坐標(biāo)反方向運(yùn)動(dòng)，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(biāo)中任意位置的地球磁場可表(coscoscossinsin)EEIiIjIk B B －z

西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)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(gè)復(fù)根據(jù)流體力學(xué)和船體相關(guān)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(jìn)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(guān)。當(dāng)船體的航行速度逐漸增大時(shí)，產(chǎn)生的尾流的速度也在逐漸增加，相應(yīng)的尾流的波高和振幅逐漸變大，對應(yīng)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。

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本文編號(hào)：2815683