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[摘 要]介绍了磁流体密封的原理和水下设备的磁密封。论述了水下磁探技术的原理、研究背景及意义。
[关键词]磁技术 水下密封 水下磁探测
中图分类号：U78 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0260-01
0. 引言
水下航行体研制的关键问题之一是轴的动密封，即轴伸出壳体处的密封。研究表明：水下航行体由于密封问题而发生的故障比由于电子器件等问题而发生的故障高；水下航行体的密封分为静密封和动密封两种，静密封相对来说容易解决，动密封的问题比较难解决。当前人们已经发现了磁技术在水下密封应用中的优越性。本文介绍了磁技术在水下密封和探测中的应用。
1.磁流体密封原理
磁性流体（也称磁性液体或铁磁性液体）是由纳米级的磁性颗粒，经过特殊的处理均匀分散到某种液体中而成的一种稳定的胶状液体。由于磁流体在外加磁场的作用下会表现出很强的磁性，因此，在磁场的作用下它被固定在密封间隙内，形成液体○型密封环阻止泄漏。磁流体密封的主要特点是：（1）密封性能好，可以实现零泄漏；（2）结构简单，体积小，安装部位紧凑，装卸方便，制造容易；（3）具有自密封作用，不需要周期性调整。
目前磁流体密封存在的主要问题表现在：（1）密封能力小，现阶段能用于实践的装置中，单级密封能力最大可为120～180KPa，整个密封能力很难超越1.5 MPa，（2）被密封介质是液体时扩散较严重，因而磁流体密封很难可靠地应用到液体密封的工况；（3）温度适应性差，一方面温度升高增加了磁流体的蒸发；另一方面，温度升高也会降低磁流体本身的性能，这都会降低密封能力，目前磁流体密封的最高使用温度极限为80摄氏度。
将磁流体密封用于舰船螺旋推进器的主轴密封，代替传统的盘根密封，可使主轴功率损耗降低10%～40%，明显提高船的航行速度。
2.水下设备的磁密封
磁力传动密封技术是磁力传动技术和密封技术的结合，它利用磁力线穿越非磁性密封隔套及磁力线扭斜产生力矩特性。将原动机能量传递给负载，完成磁力传动和密封的双重功能。磁密封传动是近年来，随着磁学快速发展的新型实用工程技术。
磁密封传动是一种非接触式密封（即动件和静件没有直接接触），它以旋转动密封为主，即使用旋转密封装置把旋转运动传递到被密封的容器内。该装置通常由轴承、磁极、永久磁铁、导磁密封轴等组成；其工作原理是：由环状永磁铁、磁极和导磁转轴构成闭合磁回路。利用永磁体中的磁能，在密封轴与磁极齿端的间隙内产生强磁场，从而实现密封。本课题在确定电机转矩等相关参数后，根据密封要求设计合适的磁密封联轴器进行传动。磁密封传动在此非常合适，巧妙的将动密封转化为静密封，在水下驱动器密封传动方面有着十分广阔的应用前景。
3.水下磁探测技术
电磁波在水中衰减严重，而声波能传播几百公里却没有明显的吸收损失，故目前水下探测、通讯、定位和导航主要用水声设备。随着水下探测定位技术的不断发展，声学定位系统的缺点也日益暴露出来。地磁异常探测（MAD）是目前比较新的一种技术方法，它利用天然的地球磁场特性，达到我们试验的目的。磁场探测具有定位精度高、执行时间短、不受浅海复杂环境影响等特点。目前MAD技术广泛应用于地震监测与地质灾害预报中。因此利用MAD进行水下目标跟踪是一个崭新的研究课题。
3.1 研究背景及意义
目标磁探测技术是通过磁场探测，实现对固定或移动的目标的非接触测量，将得到的磁场信号物理量经过一定的数据处理方法获取正确的目标信息。
众所周知，我们生活的地球是一个巨大的磁场，利用地球天然的磁场特性进行探测，具有重要的研究意义。由于地球的天然磁性，无论任何装置、仪器、交通工具以及军事武器均要受到地磁场的影响，各种铁磁性的物质也会相应的影响地磁场的分布从而引起地磁异常，因此利用这种磁异现象可以对目标进行定位和跟踪，这就是基于磁异信号的目标磁探测技术—MAD（Magnetic Anomaly Detection）。在水下，可以通过检测金属目标的快速移动引起这点的地磁异常，即检测多个传感器位置上地磁在各个方向的磁通变化，判定目标的方位，实现目标跟踪。基于MAD的目标探测定位技术在军事上有重要的意义和作用，它弥补了传统声纳探测的有源性以及隐蔽性能不好等缺点。
在海洋反潜战争中，精确位置的获取是进行军事打击的重要前提。由于各种武器装备均或多或少的含有铁磁性物质，以地磁场为背景，基于MAD的目标磁探测技术就是侦察与监视以及获取敌方位置信息的一种极其重要的途径，具有无源被动探测、隐蔽性能好、抗干扰能力强和保密性高等特点。
目前各国都非常重视利用磁异信号的探测与定位技术的研究与应用。美国海军研究所成功研制了磁异信号导航系统，能够对鱼雷水雷等隐蔽性目标进行自动搜索和二维水平面坐标定位。美国海岸系统局已建立起一套相对完整的针对磁性目标探测、定位和识别的磁异信号感测方法。加拿大海军军方高度重视水雷和海岸线武器对海军构成的威胁，建立了专门的研究机构负责水下相应的探测和定位装置研究。
3.2 基于MAD的目标探测技术
基于磁异信号的目标磁探测技术--MAD（Magnetic Anomaly Detection）是磁探测与识别技术的一个重要分支，主要应用于军事研究领域，是近年来随着磁传感器测量精度的提高与测量范围的扩大以及军事高技术武器开发的需求而发展起来的。MAD的定义以地磁场中的铁磁性物体引起的磁异物理现象为基础。磁异现象是指处在空间某一位置的铁磁性目标会改变所在地点的地磁场（在很广阔的区域内近似均匀强度磁场）的分布从而引起地磁场的异常分布的现象。
3.3 铁磁体磁场表示
任何处在地磁场环境中的铁磁体都不可避免的被磁化，磁化程度的强弱取决于背景场的大小、铁磁体的材质以及磁化时间的长短。铁磁体被磁化后产生磁矩，磁矩是一个既有大小又有方向的矢量，铁磁体单位体积内的磁矩矢量和就是磁化强度，是衡量磁化程度的标准。在国际单位制中以4/m表示磁化强度，以4/m2表示磁矩。地磁场是一个非常微弱的磁场，因为磁场随距离衰减很快的缘故。水下铁磁体被地磁背景场磁化的结果是形成一个沿磁化方向的磁矩，这样水下铁磁体就相当于一个独立的磁源，由其产生的附加磁场叠加在地磁背景场之上，导致平缓的地磁背景场畸变。
4.结束语
磁技术在水下密封和水下探测中的应用是磁技术应用未来的一个重要发展方向。该项技术不仅仅可以用于各种水下航行体，而且还可以用于水下机器人和其它海洋平台等方面，不仅可以用于海洋工程产业，还可以用于海洋军事等其它领域。
[关键词]磁技术 水下密封 水下磁探测
中图分类号：U78 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0260-01
0. 引言
水下航行体研制的关键问题之一是轴的动密封，即轴伸出壳体处的密封。研究表明：水下航行体由于密封问题而发生的故障比由于电子器件等问题而发生的故障高；水下航行体的密封分为静密封和动密封两种，静密封相对来说容易解决，动密封的问题比较难解决。当前人们已经发现了磁技术在水下密封应用中的优越性。本文介绍了磁技术在水下密封和探测中的应用。
1.磁流体密封原理
磁性流体（也称磁性液体或铁磁性液体）是由纳米级的磁性颗粒，经过特殊的处理均匀分散到某种液体中而成的一种稳定的胶状液体。由于磁流体在外加磁场的作用下会表现出很强的磁性，因此，在磁场的作用下它被固定在密封间隙内，形成液体○型密封环阻止泄漏。磁流体密封的主要特点是：（1）密封性能好，可以实现零泄漏；（2）结构简单，体积小，安装部位紧凑，装卸方便，制造容易；（3）具有自密封作用，不需要周期性调整。
目前磁流体密封存在的主要问题表现在：（1）密封能力小，现阶段能用于实践的装置中，单级密封能力最大可为120～180KPa，整个密封能力很难超越1.5 MPa，（2）被密封介质是液体时扩散较严重，因而磁流体密封很难可靠地应用到液体密封的工况；（3）温度适应性差，一方面温度升高增加了磁流体的蒸发；另一方面，温度升高也会降低磁流体本身的性能，这都会降低密封能力，目前磁流体密封的最高使用温度极限为80摄氏度。
将磁流体密封用于舰船螺旋推进器的主轴密封，代替传统的盘根密封，可使主轴功率损耗降低10%～40%，明显提高船的航行速度。
2.水下设备的磁密封
磁力传动密封技术是磁力传动技术和密封技术的结合，它利用磁力线穿越非磁性密封隔套及磁力线扭斜产生力矩特性。将原动机能量传递给负载，完成磁力传动和密封的双重功能。磁密封传动是近年来，随着磁学快速发展的新型实用工程技术。
磁密封传动是一种非接触式密封（即动件和静件没有直接接触），它以旋转动密封为主，即使用旋转密封装置把旋转运动传递到被密封的容器内。该装置通常由轴承、磁极、永久磁铁、导磁密封轴等组成；其工作原理是：由环状永磁铁、磁极和导磁转轴构成闭合磁回路。利用永磁体中的磁能，在密封轴与磁极齿端的间隙内产生强磁场，从而实现密封。本课题在确定电机转矩等相关参数后，根据密封要求设计合适的磁密封联轴器进行传动。磁密封传动在此非常合适，巧妙的将动密封转化为静密封，在水下驱动器密封传动方面有着十分广阔的应用前景。
3.水下磁探测技术
电磁波在水中衰减严重，而声波能传播几百公里却没有明显的吸收损失，故目前水下探测、通讯、定位和导航主要用水声设备。随着水下探测定位技术的不断发展，声学定位系统的缺点也日益暴露出来。地磁异常探测（MAD）是目前比较新的一种技术方法，它利用天然的地球磁场特性，达到我们试验的目的。磁场探测具有定位精度高、执行时间短、不受浅海复杂环境影响等特点。目前MAD技术广泛应用于地震监测与地质灾害预报中。因此利用MAD进行水下目标跟踪是一个崭新的研究课题。
3.1 研究背景及意义
目标磁探测技术是通过磁场探测，实现对固定或移动的目标的非接触测量，将得到的磁场信号物理量经过一定的数据处理方法获取正确的目标信息。
众所周知，我们生活的地球是一个巨大的磁场，利用地球天然的磁场特性进行探测，具有重要的研究意义。由于地球的天然磁性，无论任何装置、仪器、交通工具以及军事武器均要受到地磁场的影响，各种铁磁性的物质也会相应的影响地磁场的分布从而引起地磁异常，因此利用这种磁异现象可以对目标进行定位和跟踪，这就是基于磁异信号的目标磁探测技术—MAD（Magnetic Anomaly Detection）。在水下，可以通过检测金属目标的快速移动引起这点的地磁异常，即检测多个传感器位置上地磁在各个方向的磁通变化，判定目标的方位，实现目标跟踪。基于MAD的目标探测定位技术在军事上有重要的意义和作用，它弥补了传统声纳探测的有源性以及隐蔽性能不好等缺点。
在海洋反潜战争中，精确位置的获取是进行军事打击的重要前提。由于各种武器装备均或多或少的含有铁磁性物质，以地磁场为背景，基于MAD的目标磁探测技术就是侦察与监视以及获取敌方位置信息的一种极其重要的途径，具有无源被动探测、隐蔽性能好、抗干扰能力强和保密性高等特点。
目前各国都非常重视利用磁异信号的探测与定位技术的研究与应用。美国海军研究所成功研制了磁异信号导航系统，能够对鱼雷水雷等隐蔽性目标进行自动搜索和二维水平面坐标定位。美国海岸系统局已建立起一套相对完整的针对磁性目标探测、定位和识别的磁异信号感测方法。加拿大海军军方高度重视水雷和海岸线武器对海军构成的威胁，建立了专门的研究机构负责水下相应的探测和定位装置研究。
3.2 基于MAD的目标探测技术
基于磁异信号的目标磁探测技术--MAD（Magnetic Anomaly Detection）是磁探测与识别技术的一个重要分支，主要应用于军事研究领域，是近年来随着磁传感器测量精度的提高与测量范围的扩大以及军事高技术武器开发的需求而发展起来的。MAD的定义以地磁场中的铁磁性物体引起的磁异物理现象为基础。磁异现象是指处在空间某一位置的铁磁性目标会改变所在地点的地磁场（在很广阔的区域内近似均匀强度磁场）的分布从而引起地磁场的异常分布的现象。
3.3 铁磁体磁场表示
任何处在地磁场环境中的铁磁体都不可避免的被磁化，磁化程度的强弱取决于背景场的大小、铁磁体的材质以及磁化时间的长短。铁磁体被磁化后产生磁矩，磁矩是一个既有大小又有方向的矢量，铁磁体单位体积内的磁矩矢量和就是磁化强度，是衡量磁化程度的标准。在国际单位制中以4/m表示磁化强度，以4/m2表示磁矩。地磁场是一个非常微弱的磁场，因为磁场随距离衰减很快的缘故。水下铁磁体被地磁背景场磁化的结果是形成一个沿磁化方向的磁矩，这样水下铁磁体就相当于一个独立的磁源，由其产生的附加磁场叠加在地磁背景场之上，导致平缓的地磁背景场畸变。
4.结束语
磁技术在水下密封和水下探测中的应用是磁技术应用未来的一个重要发展方向。该项技术不仅仅可以用于各种水下航行体，而且还可以用于水下机器人和其它海洋平台等方面，不仅可以用于海洋工程产业，还可以用于海洋军事等其它领域。