低磁鋼艦艇消磁系統繞組安匝調整

劉勝道，王巍，肖存龍

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低磁鋼艦艇消磁系統繞組安匝調整

劉勝道1，王巍2，肖存龍1

（1. 海軍工程大學電氣工程學院，武漢 430033；2. 92557部隊，廣州 511400）

針對某低磁鋼艦艇船體低磁、消磁系統繞組多區段設計及某消磁站行車測磁等特點，總結了低磁鋼艦艇進行繞組安匝調整的一般步驟，分析了低磁鋼艦艇繞組安匝調整中容易出現的問題并提出了解決措施。實船調整結果表明，利用所編制的安匝量計算軟件能快速給出安匝調整方案，根據該方案進行調整能將結果磁場補償到要求范圍之內，從而節約了大量時間，并發揮了低磁鋼艦艇磁性防護性能高的優點。

消磁系統 安匝調整 低磁鋼艦艇

0 引言

低磁鋼艦艇的特殊之處是使用低磁鋼來建造船體和消磁系統繞組多區段設計，各區段匝數可單獨進行調整，因而能更好地補償艦艇感應磁場和剩余固定磁場，從而極大地提高其磁防護性能。消磁系統繞組的多區段設計減輕了消磁系統的重量、提高了消磁系統的可靠性和可維修性、適應了艦艇分段建造的要求[1]。但是，消磁繞組區段的增多使得繞組安匝調整相當困難，如果不借助計算機技術進行優化計算，僅憑人工經驗幾乎無法完成繞組調整工作。如果采用傳統的最小二乘法[2]和遺傳算法[3]以及微粒群算法來調整，也將是十分耗時的，尤其是初次調整時會需要十數天的時間。因此，在低磁鋼艦艇設計建造的同時，已開發了專用的消磁繞組安匝調整軟件，該軟件利用最簡便的二分搜索法來確定補償安匝量，大幅度縮短了繞組調整時間，降低了繞組調整的勞動強度，很好地完成了低磁鋼艦艇繞組安匝調整工作。

1 低磁鋼艦艇消磁繞組敷設方式

某低磁鋼艦艇敷設有縱向繞組、橫向繞組和水平繞組，其敷設方式分別如圖1、圖2和圖3所示。

從圖中可以看出，低磁鋼艦艇的消磁繞組是分區段布置的。

2 某消磁站測磁方式

某消磁站的消磁碼頭是按磁東西方向建造的，如圖4所示。碼頭上敷設無磁鋼軌，無磁行車可在鋼軌上前后移動，行車下有一個可以升降的探頭架，探頭架上放若干個水密探頭。艦船消磁時從一端被拖進兩碼頭之間用鋼纜固定。測量磁場時行車從一端向另一端緩慢移動，每隔一定距離計算機對探頭采樣一次，當到達另一端后，采樣結束，由數傳設備將測到的數據傳送給岸上的計算機。這種測量方式的測量點由探頭間的距離和采樣距離決定。測量深度用升降探頭架的方法來調整。

對于某型低磁鋼艦艇，采用了5個磁探頭（分別放置在左舷下、左舷內、龍骨下、右舷內和右舷下）進行測量，行車每前進2 m測量1個點，共測量35個點。但是，行車測量只能在東西向進行，在需要南北航向的磁場時，只能在碼頭外用吊放磁探頭的方式進行測量，兩舷的測量點不在一條直線上，因此南北航向的磁場數據只有龍骨下可用。

3 消磁繞組補償電流計算方法

3.1 目標函數選取

消磁系統消磁繞組補償電流調整的目的就是調節各線圈的通電電流使得所有線圈產生磁場的總和在各個測量點上與艦艇磁場幅值相等、方向相反，剛好補償艦艇磁場。采用的目標函數有均方根誤差（RMS）最小和峰值誤差（PM）最小等。本文選取均方根誤差（RMS）最小為目標函數[7]。

上式中a為第區段補償線圈在第個測量點的安匝效率。

3.2 約束條件

消磁繞組中所通過的電流受到消磁電源供電能力的限制，每路電流都存在一個最大值，即

3.3 目標函數求解

二分搜索法的基本思想是在搜索空間[a b]上選取中間點c,通過比較(a)，(b)，(c)的大小來決定刪除左半區間[a c]還是右半區間[c b]。刪除后的新區間是原區間長度的一半，再選取新區間的中間點，來與新區間的端點繼續比較下去。重復這個過程，最后確定出極小值點。

在利用二分搜索法求解目標函數F()時采用多輪求解，逐步逼近的方式。初始條件下，各路補償電流為零，第一輪求解時，將1作為變量，1,2,3帶入初始值，利用二分搜索法在 [-1max,1max]空間求解(i)得出1的值，并覆蓋初始值。接著將2作為變量，其余各路補償電流帶入初始值，在[-1max,1max] 空間求解(i)得出2的值,并覆蓋初始值。經過第一輪求解后，各路補償電流均有了一個不為零的初始值，此時開始第二輪求解，對第一輪求解的結果進行調整，向最優解逼近。依此進行多輪求解，直至滿足消磁的技術要求，最后確定各路補償電流的值。

4 繞組調整

4.1 繞組調整步驟

在某消磁站進行消磁繞組調整的步驟如下：

第一步：測量低磁鋼艦艇4個航向的原始磁場；

其中南北航向的測量值只有龍骨下可利用，且龍骨下只測量了23點，而東西向的磁場值為35×5的點陣，因此在計算出龍骨下的Zix后，利用3次樣條曲線將23個點插值到35個點，以便與東西向磁場對應。

第二步：將低磁鋼艦艇停在東航向上，通過艦艇上的消磁電流調整器給繞組供電來測量各繞組的單位安匝效率；

第三步：將原始磁場、航向差和繞組安匝效率等參數輸入程序中，計算出各繞組各區段的安匝量；

第四步：按計算出的安匝量進行繞組調整；

第五步：測量結果磁場，如結果磁場滿足要求，則結束繞組調整工作。如結果磁場不滿足要求，則將結果磁場輸入程序進行再次調整，直到結果磁場滿足要求。

對多條低磁鋼艦艇的調整結果表明，利用所編制的繞組調整軟件，一般一次調整就可滿足要求，少量繞組需根據結果磁場值進行一次再次調整。

4.2 容易出現的問題

在該消磁站對多條低磁鋼艦艇進行消磁系統繞組安匝調整中，發現以下問題容易產生并對調整結果產生影響：

1) 繞組區段效率測量誤差

由于低磁鋼艦艇消磁系統繞組區段數量非常多，每一區段都必須測量其效率，因此耗時很長。消磁站以前規定是當休息時間較長時，行車橫梁必須收起，待測量時再重新放下。行車橫梁收起放下會導致兩次深度位置有差異，因此會產生測量誤差。為了避免產生誤差，規定在低磁鋼艦艇磁場測量期間（包括繞組效率測量）消磁站的行車橫梁不得收起。

2) 地磁背景的變化

地磁背景的變化會對消磁繞組安匝調整的效果產生影響，因此應盡量使用測量時間最近的地磁場值作為背景。

4.3 實船繞組調整

利用所開發的專用消磁繞組安匝調整軟件對多條低磁鋼艦艇進行了繞組調整，其中一條低磁鋼艦艇實測得到的結果磁場如圖5和圖6所示，圖中數據經過了歸一化處理。實船繞組調整結果表明，低磁鋼艦艇的消磁系統補償取得了十分顯著的效果，且調整速度快，調整精度高。

5 結論與建議

本文針對低磁鋼艦艇船體低磁、消磁繞組多區段設計及某消磁站行車測量等特點，總結了低磁鋼艦艇在某消磁站進行繞組調整的一般步驟，分析了多條低磁鋼艦艇消磁系統繞組調整中出現的問題并提出了解決措施。實船調整結果表明，利用所編制的安匝量計算軟件能快速給出安匝調整方案，根據該方案進行調整能將結果磁場補償到要求范圍之內，從而節約了大量時間，并發揮了低磁鋼艦艇磁性防護性能高的優點。

對于以后在該站進行的低磁鋼艦艇消磁繞組安匝調整工作，給出如下建議：整個磁場測量過程中，不要調整行車橫梁的上下位置；盡量使用測量時間最近的地磁場值作為背景磁場。

[1] 唐申生，周耀忠，莊清華．大型艦船分區消磁理論研究[J]．海軍工程大學學報，2003，15(1)：80-83．

[2] 朱文普，李琥．計算補償艦船磁場的一種方法[J]．艦船科學技術，1979，1(5): 70-72．

[3] TARR P B，POWELL N. Optimal degaussing using an evolution program[P]．United States: US6546349，2003．

Calibration of a Degaussing System Coils’ Ampere-turns for Low Magnetic Steel Ship

Liu Shengdao1, Wang Wei2, Xiao Cunlong1

(1. Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China；2. Unit No. 92557，Guangzhou 511400，China)

TM153.1

A

1003-4862（2013）04-0025-03

2012-07-18

劉勝道(1972-)，男，博士，副教授。研究方向：艦艇磁隱身技術。