船体补偿阳极电流计算

李军华，周美娟，成若义



船体补偿阳极电流计算

李军华1，周美娟2，成若义1

（1.海军工程大学科研部，武汉 430033；2. 92957部队，浙江舟山 316100)）

由于船体腐蚀防护会在周围海水中产生静电场，有必要减少周围海水中的电场，保证船体在海水中的安全。本文首先利用矢量叠加方法得到了船体补偿阳极在海水中产生的电场解析式，再利用进化规划算法优化补偿阳极电流大小，消除船体周围海水中的电场。在有效保护船体的前提下，使船体周围海水中的电场降至最低。从计算结果可以看到，船体周围海水中电场明显减少，有利于船体的安全。

船体腐蚀防护 补偿阳极 进化规划算法

0 引言

由于电场探测跟踪技术的发展和电场引信水雷的存在，就需要尽量减少船体在其周围海水中产生的电场，从而减少船体给自己带来的威胁[1]。因此对船体周围海水中电场进行消除已受到越来越多国家的重视。前苏联于20世纪70年代就已研制成了电场补偿系统[2，3]。另外HUBBARD J.C（1996）[4]提到的FNREMUS软件[5]以及英国开发的UEP-Toolkit软件[6]，都能通过优化电极的位置使得防护静电场降至最低。

现有的减少船体周围海水中电场的主要方法是通过补偿阳极产生的反向电场对原始电场进行抵消。本文针对计算补偿阳极电流的最优值，利用进化规划算法[7]进行多次搜索，得到补偿后综合静电场最小时所需补偿阳极电流最优值。结果表明，通过补偿船体周围海水中的综合静电场明显减小，从而达到减少自身威胁的效果。

1 单个补偿阳极产生的电场强度

图1 半无限大海水中点电极模型

将各个点电极的电场强度矢量相加，即可求得环形电流源的电场强度三个分量表达式如下：

2 实例计算

实验中，我们测得某船体周围海水中某路径电场强度分布，将测量数据通过低通滤波器可以得到此路径的静电场分布如图2所示。在海上测量中，由于使用的拖带小船的吨位非常小，在海流的作用下，小船的航速始终不能保持稳定，而且小船与被测船体之间的距离也不能保持稳定。并且测量时正好赶上此海域涨潮，在湍急的海流下，测量系统的水下传感器部分不停的受海流的冲击，传感器在不断的小幅振荡。而且在测量中，水流、海水各参数也在变化等这些因素会影响测量结果的精确度。在这里我们不考虑这些因素对测量值的影响。

在使用进化规划算法对补偿阳极电流进行优化计算时设定变异尺度为1 A，对补偿阳极电流进行粗略搜索。补偿阳极电流分别为1-10 A时，对比补偿电流为1-10 A时的综合电场可以发现，补偿电流的最佳值应该出现在补偿电流为6-7 A之间，因此改变进化的变异尺度为0.1 A，在6-7 A之间进行搜索。补偿结果如图3所示。

图2 某船体周围海水中某路径的电场强度空间分布

图3 补偿后的电场强度分布

对比补偿电流为6.1-6.9 A时的综合静电场可以发现，补偿电流的最佳值出现在补偿电流为6.7 A时。此时船体周围海水的综合静电场最小，可知补偿阳极的补偿电流应为6.7 A。从补偿后的电场强度分布可以看出，船体周围的静电场明显减小，基本达到了电场防护的要求。

3 结论

本文介绍了利用进化规划算法计算抵消船体周围的静电场所需的补偿阳极电流最优值，并得到了补偿后综合静电场的分布。从结果可以看出，通过补偿阳极产生的反向电场能大大抵消船体周围海水中的静电场。但是在实际的船体电场防护系统中，补偿阳极的数目和位置分布都是可变的，此时可将任意数目、分布的补偿阳极电场叠加。对补偿阳极的数目、位置和电流大小优化可以将船体周围海水中的电场抵消得更彻底。而且本文只对船体周围海水中的静电场进行了分析和研究，船体航行时还会产生低频电场，而低频电场的消除对船体安全也有重要的作用。对于这些问题，将在以后的工作中进行探讨。

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Calculation of the Current Generated by Compensating Anticathode of Ship Hull

Li Junhua1, Zhou Meijuan2, Cheng Ruoyi1

(1.Department of Scientific Research, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China；2.Unit No.92957, Zhoushan 316100, Zhejiang, China)

TM153

A

1003-4862（2013）10-0023-03

2012-05-28

海军工程大学自然科学基金资助项目（HGDQNJJ12031）

李军华 (1972- )，男。研究方向：装备综合维修保障。