Способ автоматического размагничивания кораблей
METHOD FOR AUTOMATIC DEMAGNETIZATION OF SHIPS

Изобретение относится к области размагничивания корабля и предназначено для компенсации составляющих его магнитного момента с целью снижения дальности обнаружения корабля магнитометрическими средствами обнаружения и управления оружием.
Для компенсации составляющих исходного магнитного момента корабля, обусловленного намагничиванием его ферромагнитных конструкций и оборудования, на корабле устанавливается штатное размагничивающее устройство (РУ), которые включают в себя компенсационные обмотки (далее - обмотки), источники питания обмоток и систему автоматического управления (САУ) электрическими токами в обмотках. С целью снижения погрешности компенсации обмотки конструктивно разделяются на секции.
Известен способ определения токов компенсации в секциях обмоток РУ [1. Автоматический регулятор магнитного поля подводного или надводного объекта. Патент RU №2516915], который предусматривает наличие в составе РУ блоков контроля магнитного состояния объекта и сигнализации о снижении уровня магнитной защиты объекта
Недостатками этого способа являются следующие:
- алгоритм определения токов в секциях обмоток РУ, контроля магнитного состояния корабля в процессе плавания и сигнализации о нарушении требуемого уровня его магнитной защиты основан на расчете координатных составляющих магнитных моментов корабля и создаваемых по сигналам напряжений, сформированным бортовыми магнитометрическими датчиками, и постоянным коэффициентам, рассчитываемым но результатам измерений составляющих индукции МП объекта на стенде размагничивания;
- для контроля изменений магнитного состояния корабля в процессе плавания необходимо получение информации от навигационного комплекса об углах курса, крена, дифферента, а также широте и долготе местоположения;
- изменение магнитного состояния корабля вследствие магнитострикционных явлений в его ферромагнитном корпусе не контролируется;
- предусмотрена только сигнализация об изменениях магнитного состояния корабля, функция автоматической компенсации изменений отсутствует.
Известен также способ автоматического размагничивания корабля [2. Способ автоматического размагничивания кораблей. Патент RU №2703765], включающий определение токов компенсации в секциях КО РУ корабля в процессе плавания по результатам измерений магнитной индукции датчиками бортовых трехкомпонентных магнитометров, с учетом постоянных секций КО РУ по магнитной индукции, определяемых для точек размещения датчиков.
Недостатками этого способа являются следующие:
- алгоритм определения требуемых токов компенсации в секциях КО РУ предусматривает наличие информации о составляющих индукции МПЗ в месте положения корабля в процессе плавания;
- уравнение токов в секциях КО РУ не учитывает взаимное влияние полей секций КО на формирование измеряемых составляющих индукции, подлежащих компенсации.
В результате анализа перечисленных выше технических решений по совокупности существенных признаков ближайшим аналогом заявляемого способа принят способ [2].
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в определении токов в секциях обмоток РУ, обеспечивающих в процессе плавания корабля автоматическую компенсацию изменений составляющих его магнитного момента по отношению к величинам, полученным при настройке РУ на стенде размагничивания.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в том, что минимально достижимые значения составляющих магнитного момента корабля, полученные в процессе настройки РУ на стенде размагничивания, поддерживаются при плавании путем управления токами в секциях обмоток РУ в соответствии с алгоритмами управления, использующими как начальную информацию, полученную на стенде, так и текущую информацию об изменениях трех составляющих индукции магнитного поля внутри корпуса от бортовой трехканальной магнитометрической системы (ММС) и о токах в секциях обмоток от САУ токами.
Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый способ, включающий определение токов компенсации в секциях компенсационных обмоток (КО) размагничивающего устройства (РУ) по результатам измерений магнитной индукции датчиками бортовых трехкомпонентных магнитометров, с учетом постоянных секций КО РУ по магнитной индукции, определяемых для точек размещения датчиков, отличающийся тем, что на стенде размагничивания сразу после окончания настройки РУ, в ходе которой три составляющие исходного магнитного момента корабля скомпенсированы до минимально возможных значений (в идеале - до нуля), дополнительно измеряются всеми датчиками бортовой ММС и запоминаются начальные значения трех составляющих индукции и начальные значения токов во всех секциях обмоток РУ, обеспечившие компенсацию трех составляющих исходного магнитного момента корабля, а при плавании на каждом шаге дискретного процесса управления токами одновременно измеряется текущая сила тока в каждой секции и рассчитываются разности между начальным и текущим значениями, измеряются текущие значения составляющих индукции всеми датчиками бортовой ММС и рассчитываются разности между начальным и текущим значениями, далее параллельно в каждом из каналов бортовой ММС выбирается датчик с максимальной разностью индукций, из этой разности вычитаются приращения индукции, обусловленные изменениями токов во всех секциях по сравнению с начальными значениями токов после настройки, определяется отношение полученного результата к постоянной по магнитной индукции близлежащей к данному датчику секции КО, представляющее собой величину требуемого изменения тока в этой секции по сравнению с начальным значением, и в начале следующего шага дискретизации в секции устанавливается ток, равный сумме рассчитанного изменения и начального значения тока.
Ш
Б
Г
Б
Г
Заявляемый способ действует следующим образом. В состав РУ включаются три ортогональные КО (типа Ш, Б и Г, соответственно). Каждая обмотка состоит из секций с индивидуальным (посекционным) питанием постоянным током от управляемых источников; количество секций N, и N и N, соответственно. Токи в секциях задаются тремя независимыми каналами САУ; в канале имеется комплект однокомпонентных датчиков бортовой ММС, ориентированных таким образом, чтобы измерять одну составляющую магнитной индукции: в канале Ш - составляющую X (количество датчиков равно количеству секций NШ), в канале Б - составляющую Y (количество датчиков равно количеству секций N), в канале Ш - составляющую Z (количество датчиков равно количеству секций N). Для выполнения расчетов значений силы тока в секциях в САУ имеется вычислительное устройство с памятью для хранения требуемого числа начальных величин.
При первоначальной настройке системы на стенде размагничивания определяются и вносятся в память вычислительного устройства три групп величин.
+
-
1). Удельные влияние каждой секции обмотки Ш, Б и Г на каждый датчик канала Ш, Б и Г (постоянные секций по магнитной индукции), которые рассчитываются по результатам двух измерений индукции i-м датчиком - при равных по абсолютной величине положительном I и отрицательном I значениях силы тока в j-й секции:
Данные величины достаточно определить только один раз, в процессе эксплуатации они не изменяются.
jh
(Ш,Б,Г)
ХрезН
YрезH
ZpeзH
2). Начальные значения токов во всех секциях I, обеспечившие в процессе настройки компенсацию до минимально возможных значений (в идеале - до нуля) трех составляющих исходного магнитного момента корабля (М - обмоткой Ш; М - обмоткой Б; M - обмоткой Г).
iH
iH
iH
3). Начальные значения составляющих индукции Х (Y, Z) измеренные всеми датчиками из комплекта канала Ш (Б, Г) сразу после окончания процесса настройки; эта совокупность характеризует магнитное состояние корабля, при котором составляющие его магнитного момента скомпенсированы до минимально возможных значений.
Каждая измеряемая составляющая индукции в общем случае складывается из шести слагаемых. Например, продольная составляющая индукции, измеренная i-м датчиком канала Ш после окончания настройки:
xiH
где x - продольная составляющая индукции поля продольного намагничения корабля;
уiH
х - продольная составляющая индукции поля поперечного намагничения корабля;
ziH
x - продольная составляющая индукции поля вертикального намагничения корабля;
iШН
х - продольная составляющая индукции поля обмотки Ш;
iБH
X - продольная составляющая индукции поля обмотки Б;
iБН
х - продольная составляющая индукции поля обмотки Г.
iH
iH
Формулы для составляющих индукции Y (Z), измеренные i-м датчиком канала Б (Г), по виду аналогичны (2).
Датчик следует размещать в такой точке внутри корпуса, где второе и третье слагаемые близки к нулю (в идеале - равны нулю), а точка размещения лежит в плоскости ближайшей к ней секции, тогда будет выполняться равенство j=i, т.е. номера датчика и «его» секции совпадают.
При плавании корабля в каждом канале осуществляется дискретное цифровое управление токами. На n-ом шаге дискретизации в каждом канале проводятся следующие операции.
n
j(Ш,Б,Г)
1. Измеряется текущая сила тока в каждой секции I(t) и рассчитываются разности между «начальным» и текущим значениями:
i
n
i
n
i
n
2. Измеряются текущие значения составляющих индукции X(t) (Y(t), Z(t)) всеми датчиками из комплекта канала Ш (Б, Г) и рассчитываются разности между «начальным» и текущим значениями:
Операции по п.п. 1, 2 проводятся одновременно. Последующие операции проводятся в трех каналах параллельно.
max
n
max
n
max
n
3. Выбирается в каждом канале максимальное значение разности ΔX(t) (ΔY(t), ΔZ(t)
maxi
n
maxi
n
maxi
n
Пусть разность максимальна на i-м датчике канала и равна Δ(t) (ΔY(t), ΔZ(t)).
4. Рассчитываются текущие приращения индукции на i-м датчике (по отношению к «начальному» значению), обусловленные разностями между «начальным» и текущим значениями токов во всех секциях. Формулы для i-го датчика канала Ш имеют вид:
Формулы для i-го датчика канала Б (Г) по виду аналогичны (5).
5. Рассчитываются текущие «исходные» приращения индукции на i-м датчике (максимальные разности из п. 3 за вычетом приращений (5). Формула для i-го датчика канала Ш имеет вид:
Формулы для i-го датчика канала Б (Г) по виду аналогичны (6).
6. Для (n+1)-го шага дискретизации рассчитывается и устанавливается сила тока в j-й секции (J=i) обмотки КО (той секции, в плоскости которой размещен i-й датчик):
для j-той секции КО-Ш:
для j-той секции КО-Б:
для j-той секции КО-Г:
jНШ
jHБ
jHГ
где I, I, I - начальные значения силы тока в j-той секции обмоток КО-Ш, КО- Б, КО-Г соответственно;
maxii
n
maxi
n
maxi
n
∂X(t), ∂Y(t), ∂Z(t) - максимальные значения текущих изменений (приращений) «исходной» индукции на i-м датчике ММС в течении n-гo шага дискретизации;
iXjШ
iYjБ
iZjГ
C, С, C - постоянные j-й секции КО-Ш (Б, Г) по магнитной индукции в точке установке i-го датчика канала Ш (Б, Г) ММС;
n
n+1
t, t - моменты текущего времени дискретизации значений в САУ.
На (n+1)-м и последующих шагах дискретизации операции по пп. (1-6) в каждом канале повторяются. При современном уровне развития цифровой техники длительность операций по п.п. (1-6) на каждом шаге дискретизации составляет единицы миллисекунд, в то время как значимые изменения внешних факторов, оказывающих влияние на составляющие магнитного момента корабля (изменения района плавания, курса, глубины погружения и т.п.), происходят не менее чем за единицы секунд. Следовательно, быстродействие каналов управления обеспечит своевременную компенсацию изменений составляющих магнитного момента корабля.
Таким образом, происходит непрерывное отслеживание и компенсация отклонений составляющих индукции внутри корпуса от «начальных» значений, характеризующих в совокупности магнитное состояние корабля, при котором составляющие его магнитного момента скомпенсированы до минимально возможных значений.
Дополнительно следует отметить, что информация о текущих изменениях индукции в отсеках корабля и соответствующих изменениях токов в секциях КО РУ позволяет оценивать текущие изменения составляющих результирующего магнитного момента (ММ) корабля в процессе плавания.
В частности, оценка текущего изменения Х-составляющей результирующего магнитного момента (ММ) корабля осуществляется по выражению
t
Xрез
где ΔM- текущее значение Х-компоненты результирующего ММ в момент времени t;
MjШ
S - значение постоянной j-й секций КО-Ш по магнитному моменту, определяемой выражением
X(+I)
X(-1)
где М и М - магнитные моменты j-й секции КО-Ш, измеренные при прямом (+I) и обратном (-I) направлениях тока I.
Формулы для текущих значений изменений Y(Z)-составляющих результирующего ММ корабля в процессе плавания по виду аналогичны (10).
При этом дополнительно следует отметить, что реализация предлагаемого изобретения не требует получения дополнительной информации о параметрах движения корабля (глубине, курсе, крене, дифференте, широте и долготе местоположения), а также других воздействиях, в т.ч. механических, вызывающих изменения его магнитного состояния.