外国海军舰艇闭环消磁技术应用研究

贾晓辉

摘要：由于闭环消磁系统能实时监测舰艇磁性变化，控制方式最为先进，可以达到最好的消磁效果，因此成为了世界各主要海军国家纷纷研制或装备的重点，然而目前只有少数发达 国家掌握并应用了该技术。通过相关资料的检索分析并掌握这些国家海军舰艇闭环消磁技术应用情况对我国海军舰艇攻关闭环消磁关键技术具有一定的参考意义。基于此，本文就国外主要国家海军舰艇在闭环消磁技术的研究与应用方面进行了详细阐述。

关键词：外国海军舰艇;闭环消磁技术

前言

钢铁制成的舰艇在其周围会产生磁场，这些磁场成为了水中磁性武器攻击的信号源及反潜飞机进行空中磁探的探测源[1]。舰艇磁场包括固定磁场和感应磁场，舰艇必须定期到消磁站进行退磁处理以消除其大部分固定磁场，由于感应磁场随舰艇的航向、纬度和姿态的改变而改变，因此，必须在舰艇上加装消磁 系统进行实时补偿控制[2]。然而传统的“开環”消磁

系统通过直接测量或数学模型的计算得到作用在舰艇上的地球磁场，然后根据舰艇感应磁场 与地球磁场的关系进行消磁系统电流的控制，因此它仅能实时补偿舰艇的感应磁场。对退磁处理后的剩余固定磁场，通过在固定补偿绕组中通一恒定的电流来补偿，因此不能补偿因舰 艇“固定磁性”的改变而产生的异常磁场，而由于海浪的冲击、武器发射及地球磁场的缓慢作用等，舰艇的固定磁场必然要发生变化，这就导致了舰艇的磁暴露危险。为了弥补这一缺陷，世界各主要海军国家纷纷研制或装备闭环消磁 （closed-1oop degaussing，简称CLDG）系统[3]。

1闭环消磁的定义

所谓闭环消磁，就是在舰艇内部特征部位布置一定数量的传感器，利用磁场测量数据，建立舰艇外部空间磁场的数学模型并计算目标深度或高度上的磁场值，然后根据预先保存在计算机存储器中的消磁绕组效率，优化计算出在目标深度或高度上的磁性达到最小的消磁 绕组中的电流值，并进行实时调整，使得舰艇外部目标深度或高度上的总磁场达到最小。其中如何从船上测得磁场数据并准确推算船外磁场是构建闭环消磁系统的核心技术。

2外国海军舰艇闭环消磁技术研究与应用

查阅相关文献发现美国已在低磁钢舰艇、钢壳水面舰和核潜艇上都成功应用了闭环消磁系统;英国则在核潜艇上进行了应用，其它舰艇是否应用不详;澳大利亚即将在潜艇上安装;法国和意大利在低磁钢舰艇上进行了成功应用[4]。下面详细介绍几个主要国家海军舰艇消磁技术的发展和应用。

CLDG的研究始于20世纪90年代初，当时美国马里兰州的海军水面作战中心与法国GESMA合作研制反水雷舰艇闭环消磁系统。其中法国采用其“Cybele”级扫雷舰作为闭环消磁系统的测试平台，美国则采用其“Avenger”级扫雷舰作为测试平台。对于法国海军来说，由于缺乏可用的磁场测量设施，他们选择使用有限元这种数字建模技术作为研究方法;美国海军则选择使用经验方法，即采用物 理模型和传感器测量来建立闭环 消磁算法。1994年，美国查尔斯顿海军船厂在“Avenger ”级十号舰上安装了第一套闭环消磁系统样机，通过海上试验对该系统进行进一步的研究和开发。后来又转向了钢壳舰艇闭环消磁系统的研制。1999年计划初步研制适用于钢壳战斗舰的CLDG 系统，包括船上传感器套件和控制算法;详细说明并初步采购CLDG组件。2000年计划完成CLDG传感器研制和采购;实施全尺度CLDG站试验。2001美国通过合同方式要求BAE系统公司为其MDG1701系统加装闭环消磁部分。相关专利文献中指出2艘美国海军舰艇上安装的闭环消磁系统在理论上的误差可达到10%，利用该专利中的改进算法，理论 上的误差可减小到最大5%。最近在DDG 1000计划的先进技术演示中，安装在“Arlei gh Burke（DDG51）” 级驱逐舰上的闭环消磁系统原型展示了如何在前线战区检测和补偿舰艇大的固定磁场变化。美国最新的“VIRGINIA”级核潜艇安装了闭环消磁系统，从而使得其磁隐身性能优于“SEAWOLF”级等其它核潜艇。

法国在“Circe”级反水雷舰（船壳为无磁材料）上安装了闭环消磁系统，但在钢壳舰上的 应用尚未见报道。然而，法国一直坚持采用数字建模技术进行闭环消磁系统研究，相关资料显示早在1991年就有法国专家用有限元方法为舰艇磁场建模并计算舰艇的感应磁场。此后又有学者提出了一种跳跃势的方法来给舰艇消磁绕组建模，解决了消磁电缆离铁磁物质太近而导致的计算精度低的问题。2001年的文献资料显示法国在闭环消磁系统数字建模技术上取得了重大突破，学者提出了将舰艇的薄壳体进行简化，并将感应磁场的计算矩阵和船内测量值矩阵合并在一起，然后采用积分方程法求解，从而使得船外磁场的测量值与预测值吻合得很好。2005年，相关学者研究了船内传感器位置优化方法及舰艇磁场反演算法的鲁棒性，使闭环消磁技术向实用又迈进了一步，文献研究了双层壳体潜艇上闭环消磁系统的应用问题。将磁场传感器敷设在两壳体之间，求解了从测量值得到壳体磁化状态的逆问题，并计算 了潜艇的磁信号。文中还开发了一种特别的算法并通过测量进行了验证，验证实验采用了一个约3.5m长的潜艇模型，模型内敷设了80个磁通门传感器。对给定的磁状态，通过逆问题求解得到了两层壳的磁化。预测的信号与测量的信号作了比较，两者吻合得非常好。从这些文献和报道可以看出，法国利用数字建模技术开展闭环消磁系统的研究已取得了突破性进展，相信已经进入了实用阶段。

英国Bartington仪表有限公司提供磁场测量仪器，其中Grad- 03-12型号的梯度计专门设计用于闭环消磁系统。英国Ultra Electronics公司在其网站上声称能制造海军舰艇上用于闭环消磁系统的磁场梯度计。英国专利文献中给出了一种用于闭环消磁系统的磁场计算技术，并以潜艇为例进行了详细的公式推导。英国国防部的国防标准中专门谈到了闭环消磁控制系统，该标准提到英国的“Vanguard”级弹道导弹核潜艇上已安装了闭环消磁系统。标准中指出，闭环消磁控制系统适合于补偿在永久磁性方面的持续和大的改变，例如潜艇下潜。完整的闭环控制系统控制永久和感应消磁电流，裁减版的则只控制永久消磁电流的变化。后者中，感应消磁电流仍旧由开环消磁系统控制。裁减版的控制任务较为简单，因为永久磁场的变化相当缓慢。闭环控制系统的计算量非常大，一个周期的计算时间为几分钟，这远远慢于潜艇运动速率。因此，潜艇运动速率要求感应消磁电流由开环控制系统控制，闭环系统只考虑固定磁场的变化，也就是说使用裁减版的闭环消磁控制系统。随着计算能力的提升，完整的闭环控制系统将成为可能。

3.结语

我国海军舰艇闭环消磁的技术的应用研究虽然也取得了不小的进展，但是与世界海军强国还存在不小的差距，通过研究外国海军舰艇闭环消磁技术的应用取得的经验可以为我国攻克闭环消磁关键技术，从而全面提高我国舰艇的磁隐身性能提供一定的借鉴 。

参考文献：

[1] 赵文春，刘胜道.用于低磁钢舰艇闭环消磁的船外磁场推算研究[J].船电技术.2011，11（1）：6-8.

[2] 魏相文.舰艇消磁是怎么回事[J].兵工科技.2004，13（6）：71-71.

[3] 郑建华，金祖平. 舰船消磁系统研究软件[J].国外舰船工程.2011，14（3）：19-22.

[4] 肖昌汉，何华辉，王长荣.一种新的闭环消磁方法[J].海军工程大学学报.2207，13（2）：39-42.