Гідроакустична антена

Гідроакустична антена, що містить водозаповнений перетворювач, яка відрізняється тим, що перетворювач виконаний у вигляді прямоточного рідинноструминного перетворювача і встановлений у вертикальній площині всередині передрупо 3 леводу на відстані від фланця камери 4 рівному чверті довжини хвилі, яка відповідає першій гармоніці поздовжнього резонансу водозаповненого циліндричного хвилеводу [6]. У нижній стінці передрупорної камери 4, співвісно рідинноструминному перетворювачу 3, виконано круглий отвір 2, діаметр якого становить (1,3 ... 1,5) зовнішнього діаметра перетворювача. Отвір 2 необхідно для витікання турбулентного потоку, який відходить від прямоточного рідинноструминного перетворювача 3 в процесі його роботи, з передрупорної камери 4. Виконання даного конструктивного елемента сприяє формуванню всередині рупора 5 акустичного поля в практично однорідному водному середовищі, яке не має турбулентних течій. З урахуванням агресивних властивостей морської води всі конструктивні елементи пропонованої гідроакустичної антени виготовляються з нержавіючої сталі, наприклад, X18НЮТ. Робота антени здійснюється наступним чином. При включенні насоса 8 з плавно регульованою витратою робочої рідини, морська вода зі спеціальної ємності 10 через фільтр 9 по трубопроводу 6 надходить в рідинноструминний перетворювач 3. Насос 8, фільтр 9, ємність 10 і манометр 7 знаходяться на підводному човні або на гідроакустичній станції. Для роботи перетворювача 3 можна також використовувати забортну морську воду. При досягненні оптимального режиму роботи перетворювача 3, який контролюється за допомогою манометра 7, у передрупорній камері 4 генеруються сферично розбіжні звукові хвилі [7]. Рівень акустичного сигналу, що генерується, залежить від режиму витікання струменя, геометричних параметрів перетворювача і величини гідростатичного тиску на заданій глибині [8, 9]. З метою підвищення рівня акустичного сигналу в пропонованій гідроакустичній антені використовується поздовжній резонанс водозаповненого циліндричного хвилеводу 4. Для цього, радіус R хвилеводу 4 розраховується за формулою [6] 0,293c R f0 де C - швидкість розповсюдження звуку в морській воді, f0 - частота основного тону сигналу, що генерується перетворювачем 3, яка в цьому випадку збігається з частотою першої гармоніки поздовжнього резонансу передрупорної камери 4. Розташування рідинноструминного перетворювача 3 на відстані рівному чверті довжини хвилі основного тону (  / 4 = 0,856 R ) від фланця циліндричного хвилеводу 4, поряд із збудженням в хвилеводі поздовжнього резонансу, дозволяє сформувати в осьовому напрямку рупорної антени плоску хвилю [5, 6]. У результаті, на осі горла рупора 5 величина звукового тиску, що реєструється за допомогою гідрофону, зростає в кілька разів у порівнянні з величиною звукового тиску на тій же відстані від перетворювача 3 у випадку генерування ним сигналу у вільному просторі. З метою забезпечення заданої просторової вибірковості випромінювання (формування характеристики спрямованості антени в горизонтальній площині) у запропонованій гідроакустичній антені 58117 4 використовується рупор 5 катеноїдальної форми. Перевагою катеноїдального рупора є плавне сполучення з циліндричним хвилеводом 4 постійного перерізу, тому в точці переходу відбитої хвилі не виникає [5]. Перевагами прямоточного рідинноструминного перетворювача 3 є: можливість ефективно працювати в широкому діапазоні надлишкових статичних тисків (на глибині від 10 м до 240 м); достатньо високий рівень акустичного сигналу (інтенсивність звуку поблизу зони звукоутворення випромінювача із збільшенням гідростатичного тиску від 1 атм до 25 атм зростає від 2 Вт/см до 98 Вт/см2); низькочастотний робочий діапазон тонального сигналу (від 300 Гц до 9 кГц); відсутність вібруючих елементів конструкції, що обумовлює тривалий термін служби перетворювачів; економічність (дешевизна виготовлення випромінювачів); простота в експлуатації [8,9]. Випробування дослідного зразка передрупорної камери антени, яка заявляється, показали, що у разі використання поздовжнього резонансу циліндричного хвилеводу з частотою першої гармоніки 5 кГц величина звукового тиску на виході з камери зростає в 3,5 рази в порівнянні з величиною звукового тиску у разі генерування сигналу перетворювачем у вільному просторі. Таким чином, з вищевикладеного випливає, що заявлена гідроакустична антена забезпечує досягнення технічного результату, що полягає у підвищенні рівня акустичного сигналу, що генерується, забезпеченні заданої просторової вибірковості випромінювання (формуванні характеристики спрямованості антени в горизонтальній площині), підвищенні надійності перетворювачів гідроакустичної антени. Розроблену гідроакустичну антену можна рекомендувати для використання в гідроакустичній апаратурі підводного зв'язку та гідролокації на підводних човнах і нежитлових гідроакустичних станціях. Джерела інформації: 1. Mc.Mahon G.W. Performance of Open Ferroelectric Ceramic Cylinders in Underwater Transducers // J. Acoust. Soc. Amer., 1964. - V.36, №3. -P.528-533. 2. Патент России №2169438, МПК H04R 1/44, H04B 13/02, 2001. Гидроакустическая глубоководная антенна / Черняховский А. Е., Шалаева З.П. // Бюл. № 8. 3. Ультразвук: Маленькая энциклопедия / [науч. ред. Голямина И. П.].– М. : Советская энциклопедия, 1979. –400 с. 4. Авторское свидетельство СССР № 806153, МПК В06В 1/20, 1981. Гидродинамическая излучающая система / Кортнев А.В., Назаренко А.Ф., Сухарьков О. В. // Бюл. №7. 5. Морз Ф. Колебания и звук. – М. : ИИЛ, 1948. – 660 с. 6. Скучик Е. Основы акустики / Пер. с англ. [под. ред. Лямшева Л.М.]. – М. : Мир, 1976. Т. 2. – 430 с. 7. Сухарьков О.В. Экспериментальное исследование акустического поля прямоточного гидродинамического излучателя / О. В. Сухарьков // 5 58117 Наукові праці ОНАЗ ім. О. С. Попова. – 2007. – №1. – С. 39–44. 8. Сухарьков О. В. Оптимизация параметров прямоточного гидродинамического излучателя в условиях гидростатического давления / О. В. Сухарьков // Акуст. вісник. – 2008. – Т. 11, № 4. Комп’ютерна верстка М. Мацело 6 – С. 54–63. 9. Сухарьков О. В. Влияние гидростатического давления на энергетические характеристики прямоточного гидродинамического излучателя / О. В. Сухарьков // Наукові праці ОНАЗ ім. О.С. Попова. – 2009. –№1.– С. 70–77. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601