Способ автоматического размагничивания кораблей Российский патент 2022 года по МПК B63G9/06 H01F13/00 

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.

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_Ш, и N_Б и N_Г, 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_Б), в канале Ш - составляющую Z (количество датчиков равно количеству секций N_Г). 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.

2). Начальные значения токов во всех секциях I_{jh (Ш,Б,Г)}, обеспечившие в процессе настройки компенсацию до минимально возможных значений (в идеале - до нуля) трех составляющих исходного магнитного момента корабля (М_ХрезН - обмоткой Ш; М_YрезH - обмоткой Б; M_ZpeзH - обмоткой Г).

3). Начальные значения составляющих индукции Х_iH (Y_iH, Z_iH) 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:

где x_xiH - продольная составляющая индукции поля продольного намагничения корабля;

х_уiH - продольная составляющая индукции поля поперечного намагничения корабля;

x_ziH - продольная составляющая индукции поля вертикального намагничения корабля;

х_iШН - продольная составляющая индукции поля обмотки Ш;

X_iБH - продольная составляющая индукции поля обмотки Б;

х_iБН - продольная составляющая индукции поля обмотки Г.

Формулы для составляющих индукции Y_iH (Z_iH), 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.

1. Измеряется текущая сила тока в каждой секции I(t_n)_j(Ш,Б,Г) и рассчитываются разности между «начальным» и текущим значениями:

2. Измеряются текущие значения составляющих индукции X_i(t_n) (Y_i(t_n), Z_i(t_n)) 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.

3. Выбирается в каждом канале максимальное значение разности ΔX_max(t_n) (ΔY_max(t_n), ΔZ_max(t_n)

Пусть разность максимальна на i-м датчике канала и равна Δ_maxi(t_n) (ΔY_maxi(t_n), ΔZ_maxi(t_n)).

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:

где I_jНШ, I_jHБ, I_jHГ - начальные значения силы тока в j-той секции обмоток КО-Ш, КО- Б, КО-Г соответственно;

∂X_maxii(t_n), ∂Y_maxi(t_n), ∂Z_maxi(t_n) - максимальные значения текущих изменений (приращений) «исходной» индукции на i-м датчике ММС в течении n-гo шага дискретизации;

C_iXjШ, С_iYjБ, C_iZjГ - постоянные j-й секции КО-Ш (Б, Г) по магнитной индукции в точке установке i-го датчика канала Ш (Б, Г) ММС;

t_n, t_n+1 - 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

где ΔM^t_Xрез- текущее значение Х-компоненты результирующего ММ в момент времени t;

S_MjШ - значение постоянной j-й секций КО-Ш по магнитному моменту, определяемой выражением

где М_X(+I) и М_X(-1) - 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.

Изобретение относится к области размагничивания корабля. Способ автоматического размагничивания корабля заключается в том, что определяют токи компенсации в секциях компенсационных обмоток (КО) размагничивающего устройства (РУ), измеряют и запоминают начальные значения токов во всех секциях обмоток РУ, обеспечившие компенсацию трех составляющих исходного магнитного момента корабля, и начальные значения трех составляющих индукции. При плавании на каждом шаге дискретного процесса управления токами одновременно измеряют текущую силу тока в каждой секции и рассчитывают разности между начальным и текущим значениями, измеряют текущие значения составляющих индукции и рассчитывают разности между начальным и текущим значениями. Далее параллельно в каждом из каналов бортовой ММС выбирают датчик с максимальной разностью индукций, из этой разности вычитают приращения индукции, определяют отношение полученного результата к постоянной по магнитной индукции близлежащей к данному датчику секции КО, представляющее собой величину требуемого изменения тока в этой секции, и в начале следующего шага в секции устанавливают ток, равный сумме рассчитанного изменения и начального значения тока. Технический результат заключается в обеспечении минимальных значений составляющих магнитного момента корабля.

Способ автоматического размагничивания корабля, 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 и запоминаются начальные значения токов во всех секциях обмоток РУ, обеспечившие компенсацию трех составляющих исходного магнитного момента корабля, и начальные значения трех составляющих индукции, измеренные всеми датчиками бортовой ММС, 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.