Активно-пасивна система “гідроакустична станція-надводний корабель”

Реферат: Активно-пасивна система ″гідроакустична станція-надводний корабель″ містить корабель-носій з розміщеними на ньому активно-пасивною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксированою антеною та підйомно-опускним пристроєм, при цьому до складу активнопасивної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксированою антеною входять буксироване тіло-заглиблювач, циліндричний випромінювач, гнучка протяжна буксирована антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому циліндричний випромінювач виконаний у вигляді заповненого рідиною герметизованого п'єзокерамічного кільця, у внутрішній порожнині якого співвісно розміщене акустично м'яке циліндричне тіло, зазначене акустично м'яке циліндричне тіло розміщене із зазором між циліндричним тілом і герметизованим п'єзокерамічним кільцем, буксируване тіло-заглиблювач з'єднане з підйомно-опускним пристроєм корабля-носія за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирована антена з'єднана з буксированим тілом-заглиблювачем за допомогою кабель-буксира, а якір-фал закріплений до вільного кінця гнучкої протяжної буксированої антени. Циліндричний випромінювач додатково споряджений дистанційно керованими газогенератором та випускним клапаном, з'єднаними з внутрішнім об'ємом акустично м'якого циліндричного тіла, при цьому дистанційно керований газогенератор розміщений всередині акустично м'якого циліндричного тіла, а випускний клапан розташований на зовнішній поверхні зазначеного акустично м'якого циліндричного тіла. UA 100428 U (54) АКТИВНО-ПАСИВНА СИСТЕМА "ГІДРОАКУСТИЧНА СТАНЦІЯ-НАДВОДНИЙ КОРАБЕЛЬ" UA 100428 U UA 100428 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі морського озброєння, зокрема до гідроакустики, і може бути використана, наприклад, в системах "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини. Відомо, що дальність дії активно-пасивних гідроакустичних станцій зростає при зниженні їх робочої частоти та збільшенні випромінюваної потужності активної частини гідроакустичної станції та відношення сигнал/завада пасивної частини гідроакустичної станції. Зниження робочої частоти реалізується шляхом пошуку відповідних схем побудови коливальних систем випромінювачів активних гідроакустичних станцій та збільшення розмірів прийомних антен гідроакустичних станцій. Збільшення випромінюваної потужності досягається шляхом роботи випромінювача на частоті механічного резонансу його коливальної системи та розвитком площі його активної поверхні. Завадою практичній реалізації останньої умови є необхідність відповідного збільшення розмірів буксируваного тіла, в якому розміщується низькочастотний випромінювач. Збільшення відношення сигнал/завада, особливо при роботі в області низьких частот, потребує суттєвого зростання розмірів прийомних антен гідроакустичних станцій, що можливо при розміщенні прийомної антени на кораблі при за таких умов: - в робочому стані прийомна антена виноситься за корпус корабля; -в похідному положенні складається до таких малих розмірів, які дозволяють розмістити її на кораблі. Цим умовам відповідають прийомні антени гідроакустичних станцій з гнучкими протяжними буксируваними антенами. Такі гідроакустичні станції мають буксирувану систему з наступними структурними елементами: - кабель-буксир; - буксироване тіло або гідродинамічний заглиблювач з розміщеним в ньому низькочастотним випромінювачем; - гнучка протяжна буксирована антена. Найбільш близьким технічним рішенням як за суттю, так і за задачею, що вирішується, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є активно-пасивна система "гідроакустична станціянадводний корабель", що містить корабель-носій з розміщеними на ньому активно-пасивною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксированою антеною та підйомно-опускним пристроєм, при цьому до складу активно-пасивної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксированою антеною входять буксироване тіло-заглиблювач, циліндричний випромінювач, гнучка протяжна буксирована антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому циліндричний випромінювач виконаний у вигляді заповненого рідиною герметизованого п'єзокерамічного кільця, у внутрішній порожнині якого співвісно розміщене акустично м'яке циліндричне тіло, зазначене акустично м'яке циліндричне тіло розміщене із зазором між циліндричним тілом і герметизованим п'єзокерамічним кільцем, буксируване тіло-заглиблювач з'єднане з підйомноопускним пристроєм корабля-носія за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирувана антена з'єднана з буксируваним тілом-заглиблювачем за допомогою кабель-буксира, а якір-фал закріплений до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени [1]. В якості випромінювача використовується п'єзокерамічний циліндричний випромінювач силової конструкції, що містить герметизоване п'єзокерамічне кільце, у внутрішній порожнині якого співвісно розміщене акустично м'яке циліндричне тіло із зазором між циліндричним тілом і кільцем. Такий п'єзокерамічний циліндричний перетворювач, крім основної резонансної частоти, яка визначається середнім колом п'єзокерамічного кільця та фізичними параметрами п'єзокераміки, має додатковий низькочастотний механічний резонанс, який визначається розмірами зазору та фізичними параметрами рідини, що його заповнює [2]. До недоліків технічного рішення, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), відноситься такі: По-перше, активно-пасивна система "гідроакустична станція-надводний корабель", що розглядається, складається із двох функціонально залежних частин - активної і пасивної, причому активна частина може ефективно випромінювати звук лише на частотах механічного резонансу коливальної системи п'єзокерамічного циліндричного випромінювача. У прототипі є лише одна резонансна частота, що входить до робочого діапазону частот системи, і визначається вона довжиною середнього кола циліндричного випромінювача системи. В той же час пасивна частина, яка виконана у вигляді прийомної гнучкої протяжної буксируваної антени, має широкий діапазон робочих частот (до кількох октав), який і визначає робочий діапазон всієї системи. Таким чином, має місце неповна узгодженість частотних діапазонів роботи активної та пасивної частин системи "гідроакустична станція - надводний корабель", а відтак, неможливість реалізувати всі потенційні можливості підвищення ефективності цієї системи. 1 UA 100428 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 По-друге, відсутня технічна можливість дистанційно, в масштабі реального часу, змінювати резонансну частоту циліндричного випромінювача в широкому діапазоні величин (до однієї октави і більше). В основу корисної моделі поставлено задачу шляхом спорядження активної частини активно-пасивної системи "гідроакустична станція-надводний корабель", а саме її циліндричного випромінювача, новими конструктивними елементами - дистанційно керованими газогенератором та випускним клапаном, забезпечити можливість дистанційно, в масштабі реального часу, потрібним чином змінювати частоти механічних коливань випромінювача і, тим самим, збільшити ефективність активно-пасивної системи "гідроакустична станція - надводний корабель", що заявляється. Суть технічного рішення в активно-пасивній системі "гідроакустична станція-надводний корабель", що містить корабель-носій з розміщеними на ньому активно-пасивною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксируваною антеною та підйомно-опускним пристроєм, при цьому до складу активно-пасивної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною входять буксируване тіло-заглиблювач, циліндричний випромінювач, гнучка протяжна буксирувана антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому циліндричний випромінювач виконаний у вигляді заповненого рідиною герметизованого п'єзокерамічного кільця, у внутрішній порожнині якого співвісно розміщене акустично м'яке циліндричне тіло, зазначене акустично м'яке циліндричне тіло розміщене із зазором між циліндричним тілом і герметизованим п'єзокерамічним кільцем, буксируване тіло-заглиблювач з'єднане з підйомноопускним пристроєм корабля-носія за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирувана антена з'єднана з буксируваним тілом-заглиблювачем за допомогою кабель-буксира, а якір-фал закріплений до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени, полягає в тому, що циліндричний випромінювач додатково споряджений дистанційно керованими газогенератором та випускним клапаном, з'єднаними з внутрішнім об'ємом акустично м'якого циліндричного тіла, при цьому дистанційно керований газогенератор розміщений всередині акустично м'якого циліндричного тіла, а випускний клапан розташований на зовнішній поверхні зазначеного акустично м'якого циліндричного тіла. Суть корисної моделі полягає і в тому, що акустично м'яке циліндричне тіло виконане у вигляді заповненої газом пружної оболонки, зовнішній діаметр якої виконаний з можливістю зміни під дією статичного тиску газу в ній в межах від0,05 до 0,8 внутрішнього діаметру герметизованого п'єзокерамічного кільця. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що зміну зовнішнього діаметра пружної оболонки здійснюють дистанційно. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що зміну зовнішнього діаметра пружної оболонки здійснюють, відповідно, у бік збільшення діаметра за допомогою газогенератора, а у бік зменшення діаметра - за допомогою випускного клапану. Порівняльний аналіз технічного рішення, що заявляється, з прототипом, дозволяє зробити висновок, що активно-пасивна система "гідроакустична станція - надводний корабель", яка заявляється, відрізняється тим, що циліндричний випромінювач додатково споряджений дистанційно керованими газогенератором та випускним клапаном, з'єднаними з внутрішнім об'ємом акустично м'якого циліндричного тіла, при цьому дистанційно керований газогенератор розміщений всередині акустично м'якого циліндричного тіла, випускний клапан розташований на зовнішній поверхні зазначеного акустично м'якого циліндричного тіла, акустично м'яке циліндричне тіло виконане у вигляді заповненої газом пружної оболонки, зовнішній діаметр якої виконаний з можливістю зміни під дією статичного тиску газу в ній в межах від 0,05 до 0,8 внутрішнього діаметра герметизованого п'єзокерамічного кільця, зміну зовнішнього діаметра пружної оболонки здійснюють дистанційно, зміну зовнішнього діаметра пружної оболонки здійснюють, відповідно, у бік збільшення діаметра за допомогою газогенератора, а у бік зменшення діаметра - за допомогою випускного клапану. Рішення технічної задачі в активно-пасивній системі "гідроакустична станція - надводний корабель, що заявляється, дійсно можливе тому, що: - шляхом спорядження циліндричного випромінювача дистанційно керованими газогенератором та випускним клапаном, з'єднаними з внутрішнім об'ємом акустично м'якого циліндричного тіла, забезпечується можливість зміни рівня статичного тиску газу у внутрішньому об'ємі циліндричного тіла; - шляхом виконання акустично м'якого циліндричного тіла у вигляді заповненої газом пружної оболонки забезпечуються: по-перше, акустична м'якість поверхні циліндричного тіла; по-друге, можливість керованої зміни зовнішнього діаметра акустично м'якого циліндричного тіла, в межах від 0,05 до 0,8 внутрішнього діаметра герметизованого п'єзокерамічного кільця, при зміні рівня статичного тиску газу в пружній оболонці. При цьому кероване збільшення тиску газу завдяки роботі газогенератора збільшує діаметр пружної оболонки до заданої величини, а 2 UA 100428 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 включення випускного клапана обумовлює зменшення діаметра пружної оболонки до потрібного розміру. Оскільки внутрішній діаметр герметизованого п'єзокерамічного кільця залишається незмінним, то змінюється, при керованій зміні зовнішнього діаметра пружної оболонки, лише величина зазору між герметизованим п'єзокерамічним кільцем і акустично м'яким циліндричним тілом, причому такі зміни потрібним чином можливо здійснювати в будь-який час. Зміни розмірів заповненого рідиною зазору між герметизованим п'єзокерамічним кільцем та пружною оболонкою змінюють спектральні властивості циліндричного випромінювача для кожного значення розмірів зазору. Це обумовлено тим, що у випадку акустично м'якого циліндричного тіла зміни об'єму між герметизованим п'єзокерамічним кільцем і пружною оболонкою на частотах, нижчих, ніж частота власного резонансу герметизованого п'єзокерамічного кільця, здійснюються за рахунок переміщення шару рідини в зазорі практично як єдиного цілого. Тому реакція шару рідини, що заповнює зазор, на рух пружної оболонки носить чисто масовий характер, а відтак, нові резонансні частоти циліндричного випромінювача знижуються. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показано склад активнопасивної системи "гідроакустична станція-надводний корабель" з буксированою частиною активно-пасивної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксированою антеною та схема її буксирування, на фіг. 2 показано схему побудови циліндричного випромінювача активнопасивної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксированою антеною, на фіг. 3 показано залежність резонансних частот циліндричного випромінювача активно-пасивної системи "гідроакустична станція-надводний корабель" від розмірів кільцевого зазору. Тут fР резонансна частота циліндричного випромінювача, f0 - резонансна частота пульсуючих коливань герметизованого п'єзокерамічного кільця, Dвн - внутрішнійдіаметр герметизованого п'єзокерамічного кільця, Dтіла - зовнішній діаметр акустично м'якого циліндричного тіла. Активно-пасивна система "гідроакустична станція-надводний корабель" 1 містить (як варіант конструктивного виконання - див. схему на фіг. 1) корабель-носій 2 з розміщеними на ньому активно-пасивною гідроакустичною станцією 3 з гнучкою протяжною буксированою антеною 4 та підйомно-опускним пристроєм 5, при цьому до складу активно-пасивної гідроакустичної станції входять буксируване тіло-заглиблювач 6, циліндричний випромінювач 7, гнучка протяжна буксирована антена 4, два кабель-буксири 8 і 9 та якір-фал 10. При цьому буксироване тілозаглиблювач 6 з'єднане з підйомно-опускним пристроєм 5 корабля-носія 2 за допомогою кабель-буксира 8, гнучка протяжна буксирована антена 4 з'єднана з буксированим тіломзаглиблювачем 6 за допомогою кабель-буксира 9, а якір-фал 10 закріплений до вільного кінця гнучкої протяжної буксированої антени 4. Конструктивно циліндричний випромінювач 7 активно-пасивної гідроакустичної станції 3 з гнучкою протяжною буксируваною антеною 4 розміщений в буксированому тілі-заглиблювачі 6 і складається із герметизованого п'єзокерамічного кільця 11, внутрішня порожнина якого заповнена рідиною. У внутрішній порожнині співвісно розміщене акустично м'яке циліндричне тіло 12 таким чином, що між герметизованим п'єзокерамічним кільцем 11 і акустично м'яким циліндричним тілом 12 утворено кільцевий зазор 13, заповнений рідиною. Акустично м'яке циліндричне тіло 12 виконане у вигляді пружної оболонки, внутрішня порожнина 14 якої заповнена газом, а зовнішній діаметр Dтіла під дією статичного тиску газу може змінюватись керовано в часі в межах від 0,05 до 0,8 внутрішнього діаметра Dвн герметизованого п'єзокерамічного кільця 11. Ці зміни в часі забезпечують дистанційно керовані газогенератор 15 та випускний клапан 16, які з'єднані з внутрішнім об'ємом 14 акустично м'якого циліндричного тіла 12. Активно-пасивна система "гідроакустична станція-надводний корабель" 1, що заявляється, працює наступним чином. При русі корабля-носія 2 підйомно-опускний пристрій 5, кабель-буксир 8 та буксируване тіло-заглиблювач 6 визначають горизонт знаходження в морському середовищі циліндричного випромінювача 7 та гнучкої протяжної буксированої антени 4. При цьому активно-пасивна гідроакустична станція 3 з гнучкою протяжною буксированою антеною 4 завдяки роботі циліндричного випромінювача 7 збуджує в оточуючому середовищі на резонансній частоті циліндричного випромінювача 7 звукові хвилі, відбиття яких від об'єктів, що знаходяться в морському середовищі, приймається гнучкою протяжною буксируваною антеною 4. Завдяки зміні величини зазору 13 резонансна частота циліндричного випромінювача 7 може змінюватись в широкому діапазоні частот (більше двох октав), який входить до робочого діапазону частот гнучкої протяжної буксируваної антени 4. Ці зміни здійснюються дистанційно та керовано в часі оператором активно-пасивної гідроакустичної станції 3 з гнучкою протяжною буксируваною антеною 4 завдяки спорядженню циліндричного випромінювача 7 дистанційно керованими в часі газогенератором 15 та випускним клапаном 16. При включені газогенератора 3 UA 100428 U 5 10 15 20 25 15 статичний тиск газу у внутрішньому об'ємі 14 пружної оболонки акустично м'якого циліндричного тіла 12 збільшується, завдяки чому її зовнішній діаметр Dтіла теж збільшується до заданого розміру і відповідно розмір зазору 13 між герметизованим п'єзокерамічним кільцем 11 та пружною оболонкою акустично м'якого циліндричного тіла 12 зменшується. Це обумовлює збільшення (до заданої оператором величини) резонансної частоти fР циліндричного випромінювача 7. При включенні випускного клапана 16 статичний тиск газу у внутрішньому об'ємі 14 пружної оболонки акустично м'якого циліндричного тіла 12 зменшується. Відповідно зменшується її зовнішній діаметр Dтіла і збільшується до заданого розміру розмір зазору 13 між герметизованим п'єзокерамічним кільцем 11 та пружною оболонкою акустично м'якого циліндричного тіла 12. Цьому розміру зазору відповідає певна резонансна частота fР циліндричного випромінювача 7, яка в цей час була задана як робоча частота оператором активно-пасивної гідроакустичної станції 3 з гнучкою протяжною буксированою антеною 4. Таким чином, активно-пасивна система "гідроакустична станція-надводний корабель", яка заявляється, дозволяє суттєво покращити тактико-технічні характеристики при експлуатації активно-пасивної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксированою антеною, а саме: всі робочі частоти в широкому діапазоні по-перше стають резонансними частотами циліндричного випромінювача активно-пасивної гідроакустичної станції, і, по-друге, кожна з цих резонансних частот може бути вибрана та реалізована в активно-пасивній гідроакустичній станції з гнучкою протяжною буксированою антеною дистанційно в будь-який момент часу відповідно до існуючих гідролого-акустичних умов експлуатації. Джерела інформації: 1. Корякин Ю.А., Смирнов С. Α., Яковлев Γ.Β. Корабельная гидроакустическая техника: состояние и актуальные проблемы / Ю.А. Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев - Спб.: Наука, 2004. - 410 с. – прототип. 2. Патент на корисну модель № 60920 від 25.06.2011 "Підводний електроакустичний перетворювач" / Дідковський B.C., Лейко О.Г., Коцюба B.C., Шода A.M. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 50 55 1. Активно-пасивна система "гідроакустична станція-надводний корабель", що містить корабель-носій з розміщеними на ньому активно-пасивною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксированою антеною та підйомно-опускним пристроєм, при цьому до складу активно-пасивної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксированою антеною входять буксироване тіло-заглиблювач, циліндричний випромінювач, гнучка протяжна буксирована антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому циліндричний випромінювач виконаний у вигляді заповненого рідиною герметизованого п'єзокерамічного кільця, у внутрішній порожнині якого співвісно розміщене акустично м'яке циліндричне тіло, зазначене акустично м'яке циліндричне тіло розміщене із зазором між циліндричним тілом і герметизованим п'єзокерамічним кільцем, буксироване тіло-заглиблювач з'єднане з підйомно-опускним пристроєм корабля-носія за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирована антена з'єднана з буксированим тілом-заглиблювачем за допомогою кабель-буксира, а якір-фал закріплений до вільного кінця гнучкої протяжної буксированої антени, яка відрізняється тим, що циліндричний випромінювач додатково споряджений дистанційно керованими газогенератором та випускним клапаном, з'єднаними з внутрішнім об'ємом акустично м'якого циліндричного тіла, при цьому дистанційно керований газогенератор розміщений всередині акустично м'якого циліндричного тіла, а випускний клапан розташований на зовнішній поверхні зазначеного акустично м'якого циліндричного тіла. 2. Активно-пасивна система за п. 1, яка відрізняється тим, що акустично м'яке циліндричне тіло виконане у вигляді заповненої газом пружної оболонки, зовнішній діаметр якої виконаний з можливістю зміни під дією статичного тиску газу в ній в межах від 0,05 до 0,8 внутрішнього діаметра герметизованого п'єзокерамічного кільця. 3. Активно-пасивна система за п. 1 та п. 2, яка відрізняється тим, що зміну зовнішнього діаметра пружної оболонки здійснюють дистанційно. 4. Активно-пасивна система за п. 1 та п. 3, яка відрізняється тим, що зміну зовнішнього діаметра пружної оболонки здійснюють, відповідно, у бік збільшення діаметра за допомогою газогенератора, а у бік зменшення діаметра - за допомогою випускного клапана. 4 UA 100428 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5