Method for reduction of magnetic field of uncertain extended technical objects based on their multyspheroidal model and compensating magnetic dipoles

Abstract

The implementation of strict requirements for magnetic silence of elongated energy-saturated objects such as naval vessel and submarines is an important scientific and technical problem of magnetism of technical objects. Purpose. Development of method for reduction of magnetic field of uncertain extended technical objects based on their multyspheroidal model and optimization of parameters of compensating dipoles for compensate of spheroidal harmonics of external magnetic field of technical object. Methodology. Number, coordinates of spatial arrangement and magnitudes of spherical harmonics of compensating dipole of magnetic field sources calculated as magnetostatics geometric inverse problems solution in the form of nonlinear minimax optimization problem based on multyspheroidal model of magnetic field of extended technical objects. Nonlinear objective function calculated as the weighted sum of squared of resulting magnetic field COMSOL Multiphysics software package used. Nonlinear minimax optimization problems solutions calculated based on particle swarm nonlinear optimization algorithms. Results. The results of reduction of the initial magnetic field of extended technical objects based on their multyspheroidal model and optimization of parameters of compensating magnetic dipoles for compensate of spheroidal harmonics of external magnetic field of technical object using multyspheroidal model of the magnetic field in the form of spatial prolate spheroidal harmonics in the prolate spheroidal coordinate system and taking into account the uncertainty of the magnetic characteristics of extended technical objects. Originality. For the first time the method for reduction of magnetic field of uncertain extended technical objects based on their multyspheroidal model and optimization of parameters of compensating magnetic dipoles for compensate of spheroidal harmonics of external magnetic field of technical object using multyspheroidal model of the magnetic field developed. Unlike known methods, the developed method makes it possible to increase the efficiency of magnetic field reduction of uncertain extended technical objects. Practical value. It is theoretically shown the possibility to reduce by almost 100 times of modulus of induction and horizontal component of the induction of the original magnetic field of uncertain extended technical objects based on optimization of parameters of compensating magnetic dipoles for compensate of spheroidal harmonics of external magnetic field of technical object using multyspheroidal model of the magnetic field.

Реалізація жорстких вимог щодо магнітної тиші витягнутих енергонасичених об’єктів, таких як військові кораблі та підводні човни, є важливою науковою та технічною проблемою магнетизму технічних об’єктів. Мета. Розробка методу зменшення магнітного поля невизначених протяжних технічних об’єктів на основі їх мультісфероїдальної моделі і оптимізації параметрів компенсуючих магнітних диполів для компенсації сфероїдальних гармонік зовнішнього магнітного поля технічного об’єкта. Методологія. Параметри компенсуючих дипольних джерел магнітного поля розраховані як рішення обернених геометричних задач магнітостатики у формі нелінійної задачі мінімаксної оптимізації на основі мультисфероїдальної моделі магнітного поля витягнутих технічних об’єктів. Нелінійна цільова функція розрахована як зважена сума квадратів результуючого магнітного поля з використанням програмного пакету COMSOL Multiphysics. Розв’язки задач нелінійної мінімаксної оптимізації розраховані на основі алгоритмів нелінійної оптимізації роєм частинок. Результати. Результати компенсації вихідного магнітного поля витягнутих технічних об’єктів на основі їх мультісфероїдальної моделі і оптимізації параметрів компенсуючих магнітних диполів для компенсації сфероїдальних гармонік зовнішнього магнітного поля технічного об’єкта з використанням мультисфероїдальної моделі магнітного поля в вигляді просторових витягнутих сфероїдальних гармонік в витягнутій сфероїдній системі координат та з врахуванням невизначеності магнітних характеристик витягнутих технічних об’єктів. Оригінальність. Вперше розроблено метод зменшення магнітного поля невизначених протяжних технічних об’єктів на основі їх мультісфероїдальної моделі і оптимізації параметрів компенсуючих магнітних диполів для компенсації сфероїдальних гармонік зовнішнього магнітного поля технічного об’єкта з використанням мультисфероїдальної моделі магнітного поля . На відміну від відомих методів, розроблений метод дозволяє підвищити ефективність зменшення магнітного поля невизначених протяжних технічних об’єктів. Практична цінність. Показана теоретична можливість зменшення майже в 100 разів модуля індукції та горизонтальної складової індукції вихідного магнітного поля невизначених протяжних технічних об’єктів на основі оптимізації параметрів компенсуючих магнітних диполів для компенсації сфероїдальних гармонік зовнішнього магнітного поля. поля технічного об’єкта з використанням мультисфероїдальної моделі магнітного поля.