Активна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою резонансною частотою випромінювання

Реферат: Активна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою резонансною частотою випромінювання містить корабельну частину та буксирувану частину, при цьому до складу буксируваної частини входять кабель-буксир, буксируване тіло з розміщеним в ньому п'єзокерамічним циліндричним випромінювачем, гнучка протяжна буксирувана антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому буксируване тіло з'єднане з корабельною частиною за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирувана антена з'єднана з буксируваним тілом за допомогою кабель-буксира, а якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени. П'єзокерамічний циліндричний випромінювач виконано в вигляді кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки з внутрішнім радіусом r1, власною резонансною частотою f0, внутрішня порожнина якої споряджена співвісно круговим циліндричним акустичним екраном м'якого типу із змінним зовнішнім радіусом r2, однаковою з круговою циліндричною порожнистою герметизованою п'єзокерамічною оболонкою висоти. UA 95866 U (12) UA 95866 U UA 95866 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі морського озброєння, зокрема до гідроакустики, а саме, до гідроакустичних станцій, і може бути використана, наприклад, в корабельних гідроакустичних станціях з буксируваними антенами змінної глибини. Відома активна гідроакустична станція з гнучкими протяжними буксируваними антенами, до складу яких входять резонансний випромінювач звуку та гнучка протяжна буксирувана антена [1]. До недоліків відомої активної гідроакустичної станції належить: - по-перше, і випромінювач звуку, і гнучка протяжна буксирувана антена є низькочастотними і резонансна частота випромінювання входять в діапазон робочих частот гнучкої протяжної буксируваної антени. Але в той же час, коли діапазон робочих частот є широкосмуговим і охоплює 5-7 октав, ширина смуги, яка прилягає до резонансної частоти випромінювача, не перевищує 10-30 % у зв'язку з малими хвильовими розмірами низькочастотного випромінювача [2]. Таким чином, лише незначна частина смуги робочих частот гнучкої протяжної буксируваної антени може бути використана в режимі ехопеленгування гідроакустичної станції. - по-друге, для того, щоб мати в режимі випромінювання можливість змінювати резонансні частоти випромінювання, потрібно або змінювати випромінювач, або в буксируваному тілі розміщувати кілька випромінювачів з різними частотами резонансів. Перше є нереальним в умовах бойової експлуатації системи. Друге є технічно складним для реалізації у зв'язку з необхідністю суттєвого збільшення розмірів буксируваного тіла. Найбільш близьким технічним рішенням як за суттю, так і за задачею, що вирішується, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є активно-пасивна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною, яка містить електронну апаратуру, що розміщується на кораблі-носії гідроакустичної станції та буксирувану частину, при цьому до складу буксируваної частини входять кабель-буксир, буксируване тіло з розміщеною в ньому випромінюючою антеною, гнучка протяжна буксирувана антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому буксируване тіло з'єднано з корабельною частиною за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирувана антена з'єднана з буксируваним тілом за допомогою кабель-буксира, а якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени. Як випромінювач в цій гідроакустичній станції використовуються один або декілька однакових всенаправлених низькочастотних потужних перетворювачів з однією резонансною частотою [3]. До недоліків технічного рішення, яке вибрано як найближчий аналог (прототип), належить те, що неможливо змінювати резонансні частоти випромінювання, відповідно до існуючих гідролого-акустичних умов, без зміни габаритних розмірів буксируваного тіла. В основу корисної моделі покладена задача шляхом виконання п'єзокерамічного циліндричного випромінювача у вигляді кругової циліндричної герметизованої п'єзокерамічної оболонки з внутрішнім радіусом r1, власною резонансною частотою f0, та спорядження внутрішньої порожнини зазначеного випромінювача співвісно круговим циліндричним акустичним екраном м'якого типу із змінним зовнішнім радіусом r2 та однаковою з круговою циліндричною герметизованою оболонкою висоти, забезпечити підвищення енергетичної дальності зазначеної гідроакустичної станції. Суть технічного рішення в активній гідроакустичній станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою резонансною частотою випромінювання, що містить корабельну частину та буксирувану частину, при цьому до складу буксируваної частини входять кабель-буксир, буксируване тіло з розміщеним в ньому п'єзокерамічним циліндричним випромінювачем, гнучка протяжна буксирувана антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому буксируване тіло з'єднане з корабельною частиною за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирувана антена з'єднана з буксируваним тілом за допомогою кабельбуксира, а якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени, полягає в тому, що п'єзокерамічний циліндричний випромінювач виконано в вигляді кругової циліндричної герметизованої п'єзокерамічної оболонки з внутрішнім радіусом r1, власною резонансною частотою f0, внутрішня порожнина якої споряджена співвісно круговим циліндричним акустичним екраном м'якого типу із змінним зовнішнім радіусом r2, однаковою з круговою циліндричною герметизованою п'єзокерамічною оболонкою висоти. Суть корисної моделі полягає і в тому, що круговий циліндричний акустичний екран м'якого типу встановлено із зазором між своєю зовнішньою поверхнею та внутрішньою поверхнею кругової циліндричної герметизованої п'єзокерамічної оболонки. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що циліндричний зазор між внутрішньою поверхнею кругової циліндричної герметизованої п'єзокерамічної оболонки та зовнішньою поверхнею циліндричного акустичного екрана м'якого 1 UA 95866 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 типу, величина якого r1 – r2 визначає найнижчу резонансну частоту випромінювача згідно з fp r  0,61 1  0,39 r2 виразом f0 , заповнюється зовнішнім робочим середовищем. Задача корисної моделі вирішується наступним чином. Відомо, що частоти механічного резонансу електроакустичного перетворювача, який, звичайно, працює в режимі випромінювання звуку, визначаються його реактивністю. Реактивність електроакустичного перетворювача в свою чергу визначається реактивними частинами механічного опору коливальної системи випромінювача та опорів випромінювання його в зовнішнє середовище та у внутрішню порожнину випромінювача [4]. Звідси витікає, що, якщо створити можливість керування реактивністю опору випромінювання у внутрішню порожнину випромінювача, то це дасть змогу керувати і його резонансними частотами без зміни зовнішніх параметрів випромінювача. Технічно це пропонується реалізувати достатньо простими конструктивними засобами. Для цього як низькочастотний випромінювач вибирається круговий циліндричний п'єзокерамічний випромінювач, зовнішня поверхня і внутрішня порожнина якого є вільно обтічними зовнішнім середовищем. Внутрішня порожнина радіусом r1 п'єзокерамічної оболонки випромінювача споряджається співвісним круговим циліндричним акустичним екраном м'якого типу, зовнішній радіус r2 якого може керовано змінюватись. Зазор між внутрішньою поверхнею п'єзокерамічної оболонки та зовнішньою поверхнею внутрішнього акустичного екрана заповнюється зовнішнім робочим середовищем - водою. При цьому реактивний опір випромінювання п'єзокерамічної оболонки в зазор між нею та акустичним екраном залежить від розмірів зазору r1-r2 та частоти f0 механічних резонансів, які виникають при цьому і змінюються при зміні зовнішнього радіусу fp r  0,61 1  0,39 r2 екрана, визначається виразом f0 , де f0 - частота механічного резонансу п'єзокерамічної оболонки. При цьому габаритні розміри випромінювача не змінюються. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 зображено склад активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою резонансною частотою випромінювання та схему її буксирування, на Фіг. 2 зображено схему побудови циліндричного п'єзокерамічного випромінювача з керованою резонансною частотою випромінювання цієї гідроакустичної станції. Активна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою резонансною частотою випромінювання 1 містить (як варіант конструктивного виконання - див. схему на Фіг. 1) корабельну частину 2 та буксирувану частину 3, при цьому до складу буксируваної частини 3 входять буксируване тіло 4 з розміщеним в ньому п'єзокерамічним циліндричним випромінювачем 5, гнучка протяжна буксирувана антена 6, два кабель-буксири (відповідно, позиції 7 і 8) та якір-фал 9. Причому: - буксируване тіло 4 з'єднане з корабельною частиною 2 за допомогою кабель-буксира 7; - гнучка протяжна буксирувана антена (6) з'єднана з буксируваним тілом 4 за допомогою кабель-буксира 8; - якір-фал 9 закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени 6. П'єзокерамічний циліндричний випромінювач 5 містить кругову циліндричну порожнисту герметизовану п'єзокерамічну оболонку 10 з внутрішнім радіусом r1 і власною резонансною частотою f0, в яку конструктивно та технологічно вбудовано співвісний з нею круговий циліндричний акустичний екран м'якого типу 11, який має змінний радіус зовнішньої поверхні r2 і однакову з круговою циліндричною порожнистою герметизованою п'єзокерамічною оболонкою 10 висоту та заповнений зовнішнім робочим середовищем циліндричний зазор 12 між внутрішньою поверхнею r1 кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки 10 та зовнішньою поверхнею r2 кругового циліндричного акустичного екрана м'якого типу 11. Практична реалізація дистанційної зміни змінного радіусу зовнішньої поверхні r2 кругового циліндричного акустичного екрана м'якого типу 11 може бути здійснена різними методами. Це може бути досягнуто, наприклад, виконанням кругового циліндричного акустичного екрана м'якого типу 11 у вигляді наповненого повітрям кругового циліндричного тіла, зовнішній радіус r2 якого змінюється під дією внутрішнього статичного тиску, величина якого регулюється дистанційно. Активна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою резонансною частотою випромінювання 1, яка забезпечує досягнення бажаного ефекту, працює наступним чином. В процесі бойової експлуатації буксирувана частина 3 знаходиться у 2 UA 95866 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 морському середовищі, яке заповнює буксируване тіло 4, а відтак, і внутрішній круговий циліндричний зазор 12 п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5. Завдяки цьому, при збудженні електричною напругою кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки 10 виникають пружні коливання як зовнішньої, так і внутрішньої циліндричних поверхонь, які утворюють звукові хвилі ззовні кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки 10 і в циліндричному зазорі 12 між круговою циліндричною порожнистою герметизованою п'єзокерамічною оболонкою 10 та круговим циліндричним акустичним екраном м'якого типу 11. Багатократне відбиття звукових хвиль між цими двома циліндричними поверхнями в циліндричному зазорі 12 утворює внутрішнє звукове поле п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5. Зміна відстані r1-r2 між цими двома циліндричними поверхнями змінює реактивний опір випромінювання, а відтак, і резонансну частоту об'єму циліндричного зазору 12, і, як наслідок, появу ще однієї, крім власної резонансної частоти f0 механічних коливань кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки 10, резонансної частоти J ρ механічних коливань п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 в цілому. У випадку розміщення у внутрішній порожнині кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки 10 кругового циліндричного акустичного екрана 11 саме м'якого типу і заповненні циліндричного зазору зовнішнім морським середовищем, резонансна частота випромінювання f0 п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 буде нижчою його власної резонансної частоти f0. Залежність між цими частотами і розмірами поверхонь радіусів r1 і r2 визначається виразом fp r  0,61 1  0,39 f0 r2 . При цьому зовнішні розміри п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 залишаються незмінними. Експериментально доведена можливість зниження резонансної частоти fp відносно f0 на октаву. Таким чином активна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною, яка заявляється, дозволяє забезпечити покращення тактико-технічних характеристик, а саме: збільшення дальності дії гідроакустичної станції, завдяки зменшенню її робочої резонансної частоти. Підвищення ефективності застосування активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною, яка заявляється, у порівнянні з прототипом досягається шляхом керування резонансною частотою випромінювача в широких межах (до октави) без зміни його габаритних розмірів, що дозволяє в процесі бойової експлуатації активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною, що заявляється, здійснювати ефективне випромінювання зондуючих сигналів не на одній частоті, як це має місце сьогодні, а на тих резонансних частотах, вибір яких є найбільш доцільним для тих гідролого-акустичних умов, що існують в районі використання гідроакустичної станції. При цьому габаритні розміри випромінювача гідроакустичної станції практично не змінюються. Джерела інформації: 1. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника: состояние и актуальные проблемы / Ю.А. Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев - Спб: Наука, 2004. - 410 с. - аналог. 2. Подводные электроакустические преобразователи. (Расчет и проектирование). Справочник / Редакция В.В.Богородского - Л.: Судостроение, 1985. - 248 с. 3. Виньетка [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.oceanpribor.ru/text/l 8.htm/Виньетка - прототип. 4. Дідковський B.C., Лейко О.Г., Савін В.Г. Електроакустичні п'єзокерамічні перетворювачі / B.C. Дідковський, О.Г. Лейко, В.Г. Савін - Кіровоград: Імекс-ЛТД, 2006. - 448 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Активна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою резонансною частотою випромінювання, що містить корабельну частину та буксирувану частину, при цьому до складу буксируваної частини входять кабель-буксир, буксируване тіло з розміщеним в ньому п'єзокерамічним циліндричним випромінювачем, гнучка протяжна буксирувана антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому буксируване тіло з'єднане з корабельною частиною за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирувана антена з'єднана з буксируваним тілом за допомогою кабель-буксира, а якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени, яка відрізняється тим, що п'єзокерамічний циліндричний випромінювач виконано в вигляді кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки з внутрішнім радіусом r1, власною резонансною 3 UA 95866 U 5 10 частотою f0, внутрішня порожнина якої споряджена співвісно круговим циліндричним акустичним екраном м'якого типу із змінним зовнішнім радіусом r2, однаковою з круговою циліндричною порожнистою герметизованою п'єзокерамічною оболонкою висоти. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що круговий циліндричний акустичний екран м'якого типу встановлено із зазором між своєю зовнішньою поверхнею та внутрішньою поверхнею кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки. 3. Система за п. 1 та п. 2, яка відрізняється тим, що циліндричний зазор між внутрішньою поверхнею кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки та зовнішньою поверхнею циліндричного акустичного екрана м'якого типу, величина якого r1-r2 визначає найнижчу резонансну частоту випромінювача згідно з виразом fp f0  0,61 заповнюється зовнішнім робочим середовищем. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4 r1  0,39 , r2