静电场主要由腐蚀相关静电场、磁性船体运动感应静电场等组成。静电场一般用水下电势和水下电场强度来描述其测量的物理量，两者在一定条件下可以相互转化。

6．2．1．1　主要场源

1）腐蚀相关静电场

腐蚀相关静电场主要来源于舰船壳体异种金属电化学效应在海水中产生的腐蚀电流及舰船腐蚀防护系统产生的防腐电流，分为腐蚀电场和防腐电场两部分，是静电场最主要的成分。

（1）腐蚀电场。绝大多数舰船都是利用铁磁性材料建造的，而螺旋桨一般由镍铝铜材料制成（nickel-aluminum-bronze，NAB）。根据电化学原理，船体浸入海水中，由于金属与海水电解质之间的电化学反应，两者之间会产生一定的电势差，称为金属在海水中的电极电位。各种金属在海水中的化学活动性不同，因此不同金属在海水中的电极电位是不同的。不同材料典型的电化学电势以Ag／AgCl电极为参考，钢大约为-650 mV，NAB近似为-230 m V。当由不同材料建造的舰船处于海水环境时，就形成了电化学电池。在螺旋桨部位，电子从金属到海水，这就是阴极反应。而在钢铁壳体，金属氧化形成阳极反应。舰船产生的腐蚀电流的主要驱动电压是钢质船壳和镍铝青铜螺旋桨之间的电化学电势差。

产生腐蚀电场基本原理如下：虽然钢和NAB之间420 mV的电势差看起来很小，但是船壳巨大的表面积和海水的高电导率导致了相当大的腐蚀电流。由于铜的电极电位要高于钢铁，螺旋桨与船壳之间会产生电势差，电流由螺旋桨通过螺旋桨与船体连接点流向船壳，然后又通过海水媒质流回螺旋桨，海水、螺旋桨和船壳会形成一个闭合回路，如图6.1所示，在海水中形成电流场。由此产生的静电场称为腐蚀静电场。

腐蚀电场场源可以用阴极和阳极组成的电解偶来表征，钢制船壳-铜质螺旋桨是非常典型的电解偶。当舰船其他部件如球鼻艏、计程仪、声呐等与船壳、螺旋桨金属材料不同，且存在电连接时，也会形成不同特性的电解偶，在海水中激励腐蚀电场信号。

图6.1　舰船腐蚀电场产生原理图

（2）防腐电场。舰船在服役过程中，由于长期的海水浸泡、磕碰及海生物附着，导致表面的防护涂料受损剥落，则会发生导致金属材料受损的电化学腐蚀反应。为了延长舰船的使用寿命、保证船舶功能寿命的实现，一般舰船上都配有阴极保护系统。

舰船的阴极保护系统是目前最为有效、直接的保护金属船壳在水中免受腐蚀的装置，现代舰船上的阴极保护系统一般分为两类，一类是牺牲阳极保护系统，另一类是外加电流阴极保护系统。

牺牲阳极保护系统是一种被动阴极保护系统，通常在船壳上焊接一些自腐蚀电位低于船壳材料的金属块，使船壳与金属块之间构成腐蚀原电池，让腐蚀电流由金属块流向被保护的船壳。以锌合金块为例，锌的自腐蚀电位为-1 000 mV，将其安装到船壳成为阳极后，船壳相对成为阴极，防腐电流由阳极（锌合金）流向被保护的阴极（船壳），从而实现阴极保护。随着时间推移，作为阳极的锌合金块自身将受到严重腐蚀，必须定期更换。

外加电流阴极保护系统（impressed current cathodic protection system，ICCP）是通过安装在船壳浸入海水部分上的辅助阳极向海水中输送电流，电流的大小由ICCP的恒电位仪装置进行控制，使得壳体与参比电极之间的电压达到设定的保护电位。参比电极一般选择Ag／AgCl电极，将其安装在船壳规定位置，监测阳极与参比电极之间的电势，通常ICCP系统相对船壳设定电势的最优范围为-800～-850 m V。随着船壳材料腐蚀程度的变换，ICCP系统辅助阳极的电压必须不断调整，以保证有足够的电流流入船壳。

无论是牺牲阳极还是外加电流方法，都会在海水中形成对应的防腐电流，从而形成相应的电场，该电场即为防腐措施产生的静电场。

2）磁性船体运动感应静电场

舰船及其内部件由铁磁性材料建造而成的部分受地磁场磁化而产生磁性，当舰船航行时或者舱内磁性金属运动部件（曲轴、螺旋桨等）运行时会引起空间磁通的变化而产生感应电磁场。

磁性物体运动产生的电场公式如下：

式中　E——感应电场；(www.daowen.com)

v——舰船航行速度；

B——磁性物体产生的磁感应强度。

计算式（6.1）可得

如果磁性物体沿x轴方向运动，即

将式（6.5）、式（6.6）代入式（6.3）、式（6.4），可得

如果令舰船航行速度单位为m／s，磁感应强度单位为n T，电场强度单位为μV／m，则式（6.7）可转化为

磁性船体运动产生的电场与航速和其自身磁场大小成正比，因此为了减小这种电场，舰船应采用东西航行方式，使自身受地磁场磁化最小。通常来说，磁性船体运动感应电场中包含的静电场要远小于腐蚀和防腐产生的腐蚀相关静电场。

6．2．1．2　影响因素

舰船电场影响因素主要分为船体自身因素、航行工况及海洋环境因素三部分。

（1）船体自身因素主要指船体尺度、材料、防腐系统、涂层状态等。由于水中目标产生的静电场主要来源于腐蚀相关电场，因此其主要受舰船船体各种金属材料的腐蚀状态及布置的阴极保护系统状态的影响。随着舰船服役年限增加，船体表面涂层会逐渐老化与破损，一方面会导致舰船腐蚀电场场源增加，从而增大舰船的腐蚀电场；另一方面会增加保护面积，尤其对于外加电流方式来说，为了使船体达到保护电位，会增加辅助阳极的输出电流，从而使防腐电场变大。

通常当船体金属材料一致时，船体尺度越大，则水下浸水部分面积越大，所需要的阴极电流越大，则产生的电场强度越大。舰船螺旋桨、外壳等金属材料选择也会影响电场强度和分布，当上述部件材料电极电位接近时，由于电势差降低，则海水中产生的电场会显著降低，另外通过在外壳敷设涂层，也会显著降低腐蚀和防腐电场强度。

（2）航速也是舰船运动过程中腐蚀相关电场的一个影响因素。在一定条件下，海水与金属的相对运动速度增大会带来两方面的效应：一方面能提高氧气在海水中的扩散速度，增强氧的去极化作用，从而增大金属材料的腐蚀电流密度和腐蚀速率，使得舰船腐蚀电场增大；另一方面，随着时间的推移，舰船壳体表面会生成钝化膜，阻止壳体进一步腐蚀，该阶段腐蚀电场会出现较小的情况。当航速增大，船体与海水相对运动产生的剪切力破坏壳体表面的钝化膜，会使得防腐电流大幅增加。当航速达到临界航速时，船壳材料腐蚀速率和消耗氧的速率达到动态平衡，防腐电流不再明显变化，腐蚀相关静电场的值也趋于稳定。

运动舰船速度变化除了对船壳材料的腐蚀状态产生影响，也会对防腐系统中参比电极产生影响，由于当前大部分舰船防腐系统使用的参比电极都为Ag／AgCl电极，该类电极在海水冲刷作用下，电化学性能会发生变化，导致其自腐蚀电位出现漂移，使得防腐电流出现波动，最终影响腐蚀相关电场的分布。

（3）由第2章电磁场传播分析，可知舰船腐蚀相关电场同样受到环境参数的影响，如海水温度、盐度、电导率、海底介质参数等。海洋环境参数主要指海水温度、盐度和含氧量等参数，在电磁学上主要体现为海水电导率参数。在一定浓度范围内，海水盐度的增加会加速金属腐蚀速率，增加腐蚀电流密度，从而导致与船舶腐蚀相关的电磁场场源强度增加。海水中含氧量的增加会致使阴极氧量增加，加快阴极反应速度，导致阳极局部腐蚀加剧，促使金属进一步腐蚀。海水电导率还会影响电场空间分布，当场源一定时，海水电导率增加，会导致海水中电场强度减小。