Уменьшение магнитной подписи подводной лодки

1. Обнаружение магнитной подписи сосуда
2. Анализ подводной лодки с электромагнитным моделированием
3. Оценка магнитной подписи подводной лодки
4. Следующие шаги

Корабли и подводные лодки могут быть обнаружены системами защиты противника по их магнитным признакам. Поэтому численный анализ магнитной подписи имеет большое значение при проектировании и эксплуатации таких сосудов. Однако листовой металл, используемый для строительства, является тонким по сравнению с размерами сосуда, что делает неэффективным стандартный метод конечных элементов с объемной сеткой. В этом посте обсуждается способ ускорить вычисления на простом примере с подводной лодкой.

Оригинальная версия этого поста была написана Марком Фаулером и опубликована 24 февраля 2014 года. С тех пор она была переработана с добавлением дополнительных деталей и обновленных функций программного обеспечения.

Обнаружение магнитной подписи сосуда

Поскольку судно движется под или на поверхности воды, оно вызывает обнаруживаемое локальное возмущение в магнитном поле Земли. Это нарушение, называемое магнитной сигнатурой , делает судно уязвимым для систем обороны противника. В подводной войне противники используют все более сложные магнитные датчики и оборудование для обработки сигналов, чтобы обнаруживать и отслеживать эти сигнатуры.

Подводная лодка USS Chicago. ВМС США Фото помощника фотографа 1-го класса Кевина Х. Тирни и в открытом доступе через Wikimedia Commons ,

Для предотвращения обнаружения инженеры используют методы размагничивания ; т. е. методы подавления подписи корабля до безопасного уровня. Один из таких методов включает в себя перетаскивание кабелей, которые время от времени проводят вдоль корабля сильные токи, что придает корпусу небольшой магнитный уклон. В других методах используются катушки, встроенные в конструкцию корабля, которые генерируют противодействующее магнитное поле с соответствующей силой и направлением, чтобы компенсировать помехи. Чтобы эффективно использовать эти методы, нужно уметь анализировать сигнатуру на основе конструкции корабля и магнитных свойств.

Анализ подводной лодки с электромагнитным моделированием

Этот пример фокусируется на исследовании магнитной сигнатуры, вызванной сильным контрастом в проницаемости между стальным корпусом подводной лодки и ее средой (эффекты остаточного или гистерезисного здесь не рассматриваются).

Подводные лодки - это по существу длинные стальные трубы. Несмотря на то, что корпус судна выдерживает огромное давление, он все еще относительно тонкий по сравнению с размером судна. Моделирование такой структуры было бы вычислительно требовательным с использованием стандартных анализ методом конечных элементов потому что объемные сетки тонких, длинных структур, как правило, содержат либо очень большое количество элементов, либо элементов с большим соотношением сторон. Это приводит к большим степеням свободы (высокие требования к памяти) или к сетке, которая имеет проблемы с разрешением геометрии и результирующих полей.

Подводная лодка моделируется с помощью интерфейса Магнитные поля, без токов в Модуль AC / DC , дополнение к Программное обеспечение COMSOL Multiphysics® , Используя функцию магнитного экранирования , вы можете избежать вышеупомянутых проблем, моделируя тонкие металлические листы как двумерные грани, встроенные в трехмерную геометрию. По сути, эта функция применяет двухмерную тангенциальную проекцию уравнений трехмерной области, действующих на листе, где толщина и проницаемость корпуса вводятся в качестве параметров. Результатом является граничный элемент с нулевой толщиной в геометрии и сетке, но точная толщина при рассмотрении рассматриваемой физики. Аналогичные функции доступны в интерфейсах « Электрические токи» и « Электростатика» для моделирования тонких листов с высокой проводимостью и высокой диэлектрической проницаемостью соответственно.

Для получения более подробной информации о моделировании вы можете просмотреть пошаговую документацию по Пример магнитной подписи подводной лодки , Если у вас есть действующая лицензия на программное обеспечение, вы также можете скачать соответствующий MPH-файл.

Геометрия модели подводной лодки, где объекты лица представляют подводную лодку, а 3D-окно представляет окружающую воду.

Оценка магнитной подписи подводной лодки

После того, как вы построили геометрию подводной лодки и восстановили свойства ее материала, вы можете приступить к прогнозированию ее магнитной подписи. Модуль AC / DC содержит формулировку « Уменьшенное поле» , которая очень полезна для получения подписи. Функция позволяет определить фоновое поле как предварительно определенную величину и решать только для возмущений в поле.

Общая плотность магнитного потока в горизонтальном срезе участка 12,5 м ниже киля. Фон магнитного поля Земли установлен на 5 × 10-5 Т.

Из-за присутствия подводной лодки появляется отчетливое нарушение поля. Стрелками показаны величина и направление тангенциального магнитного поля в корпусе подводной лодки.

Следующие шаги

Попробуйте сами учебную модель «Магнитная подпись подводной лодки», нажав кнопку ниже, и вы попадете в Галерею приложений. Обратите внимание, что у вас должна быть учетная запись COMSOL Access и для загрузки MPH-файла действующая лицензия на программное обеспечение.

Вам также может понравиться этот пост в блоге предотвращение коррозии корпуса судна с катодной защитой и симуляцией по току ,