舰船消磁的现状及发展趋势

王禹华

综述

舰船消磁的现状及发展趋势

王禹华

（海军装备部，武汉 430064）

介绍了美国、德国、俄罗斯等国外和国内舰船消磁现状，从低磁化和闭环控制技术两方面着手分析了舰船消磁发展趋势。

消磁 现状 趋势

0 引言

磁场是舰船的固有物理属性之一，主要分为固定磁场、感应磁场、涡流磁场、腐蚀电流磁场和杂散磁场等组成，均为舰船本体磁场。固定磁场是舰船建造和航行过程中受加工制作、上浮下潜的压力变化、武器发射以及海浪冲击等因素导致的不随地磁场变化的磁场，感应磁场是钢制舰船受地磁场作用产生的随地磁场变化的感应磁性。固定磁场和感应磁场占舰船磁场的80%-90%，是目前舰船磁隐身控制的主要关注点，其中固定磁场抑制采用定期去消磁站磁性处理的措施，感应磁场通过安装消磁系统进行补偿。

1 国外舰船消磁现状

1.1 美国舰船消磁现状

美国历来十分重视舰船磁隐身，在消磁方面做了大量的工作。作为消除舰船固定磁场的主要场所，美国的消磁站属于海军岸基部队，由海军基地负责管理。美国在诺福克、圣迭戈、夏威夷、关岛等地都建有舰船专用消磁站。据有关资料显示，美国海军的舰船消磁站技术十分先进，如在班戈的舰船消磁站内，一艘俄亥俄级核舰船从进入消磁站到完成消磁只需要8个小时左右。在消除舰船感应磁场方面，美国非常重视消磁系统的安装，其先进的潜艇几乎都采用了内消磁技术，其DEGS型舰载消磁系统被认为是世界上最先进最有效的消磁系统。2004年建成服役的“弗吉尼亚”级攻击核潜艇，为了防止在浅水海域活动遭受敌人水雷的袭击，艇上装备了先进的消磁系统，能随时进行补偿消磁，减少潜艇的磁场。海狼攻击核潜艇“吉米·卡特”号，为了提高其隐身性能，同样采取了消磁等一系列磁隐身措施。

1.2 德国舰船消磁现状

德国拥有世界一流的舰船制造技术，对舰船的磁隐身非常重视。他们认为舰船消磁除了防御水雷之外，更重要的是防磁探，提高隐身性。他们对舰船的磁性防护指标制定的比较高：将舰船的磁性防护能力分为三个等级，按原始磁场与消磁后的磁场的比值（称为“改善因子”）来进行划分，对反水雷舰艇的要求最高，达到100：1；对一般水面作战舰艇要求4：1；而对潜艇则要求达到10：1。所以，德国制造的209、212、212A型潜艇都加装了消磁系统[1]。其中，212和212A型潜艇的壳体采用奥氏体低磁钢建造，专门选用了MTU公司的无磁柴油机等低磁化设备，艇壳内部安装了高性能、高可靠性的消磁绕组，利用地磁图和导航信号对消磁电流进行实时控制，使潜艇始终保持低磁性状态。德国SAM Electronics公司的新型消磁系统型号为DEG-COMP1。该公司从上世纪五十年代开始为联邦德国海军提供消磁系统设备，截止2006年为多达15个国家的海军舰艇装备了消磁系统设备。德国海军舰艇绝大多数都安装了消磁系统，包括水面战斗舰艇、潜艇、登陆舰艇、反水雷舰艇、补给船等。

1.3 俄罗斯等国家舰船消磁现状

韩国海军在三十多年时间内先后使用德国SAM Electronics公司提供的52舰套消磁系统和设备，装备量最大的是被炸沉的天安号所属的浦项级轻型护卫舰（韩国叫警戒舰），多达28艘。其它20多舰套的设备同样包括了大型驱护舰、两栖战舰艇、反水雷舰艇和辅助舰艇。其中从1995年开始建造的韩国海军几型标志性水面舰艇，如KDX-3驱逐舰和独岛号两栖登陆舰，都开始装备DEG-COMP型分布式消磁系统。

印度海军有16艘舰艇使用了德国SAM Electronics公司的产品，数量虽然不多，但全部集中在其自主研发的三型主战驱护舰上（其余现役驱护舰均由俄罗斯购进或设计）。从上世纪八十年代中期开始研制德里级时采用旋转式消磁电源，到本世纪初的什瓦里克级和加尔各答级两型驱护舰，已直接采用德国公司的DEG-COMP型分布式消磁系统。

俄罗斯海军新一代舰艇消磁系统称为“KDS型系统”，这套系统增强了抗干扰能力和可靠性，确保能自动抵消舰艇磁场变化，提高舰艇的磁隐身防护能力，属于分布式消磁系统。该系统可以非常便利地组合配置为专用于各级水面舰艇的KDS-703型和潜艇的KDS-701型两种系统。这套系统的介绍中，特别指出除使用通常的控制消磁绕组电流进行磁场补偿外，对于局部磁场的补偿还使用了电磁铁。

2 国内舰船消磁现状

和世界各海军国家一样，我国舰船消磁控制设备也在三种控制方式上经历了不同的发展阶段。50年代中期，我国开始有了PA－52和CT、PT－49M两型的舰船消磁系统控制设备。60年代初，我国改进研制了XC－Ｉ型控制设备，该仪器的基本原理为罗经控制，其信息源为电罗经，其弱点是技术指标较差，对于舰船因摇摆、纵倾而产生的磁场变化，它无法补偿。为实现系列化保障，罗经控制设备已不适宜装船，在新建和改换装的一般舰船上地磁解算式控制设备将逐步得到应用[3]。在消磁电流控制设备方面，我国一直将重点放在有先进控制功能的三分量磁强计式消磁控制设备系列上，相继研制成功的XC－5G等适应于不同舰型的多种型号控制设备[2]。为顺应时代要求，后续研究的“地磁解算式消磁电流自动控制仪”克服了“测地磁消舰磁”消磁系统电流控制仪中存在的抗干扰问题和生命力问题，该仪器适用于大型水面舰船及分段建造。在GPS、导航技术及计算机技术高度发展的今天，利用最新的“地磁模式组”实现仪器的全自动化控制及满足各项性能指标的条件已经成熟。

随着发展的需要，我国的消磁技术中补偿对象应由原来只补偿舰艇的感应磁场，发展到在一定程度上根据需要补偿舰艇剩余的三维固定磁场；补偿范围应由原来只补偿舰艇规定点的磁场，发展到在一定深度上的整个平面；补偿精度应由原来舰艇垂向分量磁场垂向双层结构补偿形式、纵向磁场分量8字型水平补偿形式，发展到舰艇垂向分量磁场垂向多层结构补偿形式、纵向磁场分量肋骨补偿形式。

3 舰船消磁发展趋势

3.1 低磁化

对普通的铁磁性钢制舰船，无论是固定磁场还是感应磁场，其磁场都主要是由船体产生的。通过磁性处理和安装消磁系统，能够将全船磁场控制到 103 nT量级[4]。如果对舰船磁场强度指标提出更高要求，就必须使用低磁或无磁材料建造艇体。这类舰船虽不需要进行艇体的磁性处理，但必须安装消磁系统，主要用于补偿舰船内的设备磁场。同时针对装备这类舰艇的铁磁性设备，还有专用的设备磁场控制技术，也叫"设备低磁化技术"。比如德国和俄罗斯使用低磁金属材料(低磁不锈钢和铁合金)建造艇体的低磁潜艇，其磁场强度在标准测量距离上，也都可以控制到 102nT 量级。

3.1.1艇体材料低磁化

由于舰船磁性随距离增加迅速衰减，舰船下潜深度越大，舰船的隐秘性和生存力就越强。国外普遍采用高强度钢，甚至是钛合金钢做潜艇艇壳，从而达到增加潜艇下潜深度的目的。造船钢是一种特殊的钢材。从磁性角度说，目前我国用于造船的低磁钢种类较少，其主要性能指标磁导率≤1.2，屈服强度405 Mpa。该种钢价格约是普通钢材的3倍，且强度指标难以满足需要、可焊性差、可加工性差。目前高强度低磁钢种类较少，必需进行研制、攻关。研制新型号舰船用钢材，对于降低舰船磁性、增加下潜深度，从而提高隐身性能和生命力，是一条快速、有效的途径。

3.1.2局部低磁化处理

当艇壳采用高强度低磁钢或低磁合金材料建造后，壳体的磁性是次要的，内部设备的磁性是主要的。舰船内部设备全部采用低磁材料建造，受原材料价格、机械性能和可加工性能等因素影响，设备价格将成倍增长。可以对大型武器及发电机组等铁磁性物质集中设备进行局部低磁化处理；同时，在全船布置消磁线圈对整个舰船磁性（包括设备磁性和壳体磁性）实时抵消。采用局部低磁化处理与全船敷设线圈消磁相结合的办法，虽然比全部采用低磁设备磁性指标会稍高，但造价低，且通过采用消磁绕组优化设计、调整，以及先进的消磁电流控制方式，仍可以达到满意的效果。

3.2 闭环消磁技术

舰船总体磁场可分为固定磁场和感应磁场两类，舰船建造后，其感应磁场在周围空间的分布规律是确定的，艇载消磁系统能实时补偿舰船的感应磁场，而舰船的固定磁场经过消磁站退磁处理后，虽能达到消磁标准的技术要求，但舰船在执行任务航行过程中，会受到地球磁场、海水压力、风浪、武器发射和设备运行等各种因素的影响，其固定磁场是会发生变化的，随着时间的累积，舰船的固定磁特征会越来越大并超出控制指标。舰船磁场控制最有效的手段之一就是安装舰载消磁系统。传统的“开环”消磁系统[5]通过直接测量或数学模型的计算得到作用在舰船上的地球磁场，然后根据舰船感应磁场与地球磁场的关系进行消磁系统电流的控制，它仅能实时补偿舰船的感应磁场。对退磁处理后的剩余固定磁场，尽管可以在固定补偿绕组中通一恒定的电流来进行补偿，但并不能补偿因舰船“固定磁性”的改变而产生异常磁场。而由于海浪的冲击、武器发射、舰船的下潜上浮及地球磁场的缓慢作用等，舰船的固定磁场会发生变化，“开环”消磁系统无法追踪该变化，更无法及时对其进行有效处理。为解决这一缺陷，美、俄等国开始研制和装备闭环消磁系统。所谓闭环消磁是指在舰船感应磁场经过艇载消磁系统得到良好补偿的基础上，针对舰船在航行过程中变化的磁场，通过在舰船内部特征部位布置一定数量的传感器，测量舰船内部磁场，实时跟踪磁性变化，优化调整消磁绕组输出的电流，减小舰船磁特征信号。闭环消磁系统可观测固定磁场累积情况并真正做到“按需消磁”，可实现舰船磁场的最佳防护，保障舰船的磁隐身性，并减少舰船到固定消磁站进行退磁处理的时间周期，满足舰船作战效能提高的需要。

[1] 唐剑飞, 桂永胜, 江能军. 潜艇消磁系统综述[J]. 船电技术，2005（6）：1.

[2] 徐连富. 智能全息消磁电流控制设备[J]. 机电设备, 1997（2）：20.

[3] 张荣. 消磁电流控制设备通用调试仪[J]. 电气技术，1999（5）：32.

[4] 刘大明. 辅助舰船应急消磁系统研究[J]. 海军工程大学学报，2002（4）：23.

[5] 刘大明. 舰艇闭环消磁技术国内外研究现状[J]. 船电技术，2011（10）：31.

The current situation and development trend of ship demagnetization

Wang Yuhua

( Naval Equipment Department, Wuhan 430064, China)

U665.18

A

1003-4862（2023）12-0008-03

2023-10-01

王禹华（1981-），男，高级工程师，研究方向：电气工程。E-mail：361750711@qq.com