Українські вчені розробили метод точного визначення магнітного поля кораблів

Група українських вчених з Інституту проблем машинобудування імені А.М. Підгорного НАН України та Бахмутського навчально-наукового професійно-педагогічного інституту Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна розробила новий спрощений метод математичного моделювання магнітного поля протяжних технічних об'єктів.

Дослідження спрямоване на вирішення важливої науково-технічної проблеми магнетизму невизначених протяжних енергонасичених об'єктів, таких як військово-морські судна та підводні човни. Головне завдання — реалізація жорстких вимог «магнітної тиші» на основі математичного моделювання магнітного поля, що відповідає його реальним вимірюванням.

Особливість розробленого методу полягає в тому, що він дозволяє моделювати магнітне поле безпосередньо в декартовій системі координат на основі вимірювань ближнього поля. При цьому немає потреби знаходити проекції магнітної індукції в витягнутій сфероїдальній та сферичній системах координат, а також здійснювати переведення між різними координатними системами.

Вчені розробили аналітичні формули для проекцій магнітної індукції в декартовій системі координат для сфероїдальних гармонік магнітного поля в витягнутій сфероїдальній системі координат. Це дозволило значно спростити процес розрахунків та скоротити час обчислень.

Практичні результати показали, що використання запропонованого методу дозволяє зменшити час розрахунку індукції магнітного поля витягнутих сфероїдальних джерел більш ніж у 10 разів. Також досягнуто скорочення часу розрахунку індукції магнітного поля сферичних джерел більш ніж у 4 рази при обчисленні магнітного поля невизначеного протяжного енергонасиченого об'єкта.

Дослідники провели детальну верифікацію розробленого методу. Результати порівняння розрахунків за новими формулами з результатами, отриманими шляхом числового диференціювання, показали високу точність — відхилення становить близько 10−20 Тесла. Додаткова перевірка коректності формул проводилась шляхом розгляду магнітного поля диполя та сфероїда з еквівалентним магнітним моментом на великих відстанях від джерела.

Важливою особливістю досліджених об'єктів є неточне знання їх магнітних характеристик та їх зміна в різних режимах роботи. Такі об'єкти називаються невизначеними. Для вирішення цієї проблеми вчені застосували метод векторних ігор при розрахунку геометричних обернених задач магнітостатики для прогнозування і контролю магнітної тиші технічного об'єкта.

Розроблений метод має важливе практичне значення для проєктування та експлуатації військово-морських суден, підводних човнів та інших протяжних технічних об'єктів, де критично важливим є контроль магнітного поля. Особливо актуальним є застосування методу для забезпечення магнітної тиші військових кораблів.

Дослідження проводилось з використанням спеціального магнітодинамічного вимірювального стенду, розташованого в Інституті проблем машинобудування імені А.М. Підгорного НАН України. На основі експериментально виміряних значень компонент магнітного поля на стенді створювалась математична модель магнітного поля технічного об'єкта.

Авторами розробки є: Б.І. Кузнєцов, Т.Б. Нікітіна, І.В. Бовдуй, К.В. Чуніхін, В.В. Коломієць та І.В. Нефьодова. У подальшому науковці планують провести експериментальні дослідження ефективності моделювання та зменшення магнітного поля невизначених протяжних технічних об'єктів на основі розробленого методу.