Система “гідроакустична станція-надводний корабель” з антенами змінної глибини

Реферат: Система "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини містить корабель-носій з розміщеною на ньому активною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксируваною антеною та підйомно-опускним пристроєм. До складу активної гідроакустичної станції входять гідродинамічний заглиблювач, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі, гнучка протяжна буксирувана антена, два кабель-буксири та якір-фал. Додатково до складу системи введений акустично м'який екран, який розміщений в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами, середня площина якого лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів. Акустично м'який екран виконано за шириною не менше довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, а товщиною, що не перевищує двох товщин оболонки п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів. Відстань між відповідними торцями акустично м'якого екрана та зовнішніми поверхнями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів не перевищує двох товщин оболонки п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів. UA 105369 U (12) UA 105369 U UA 105369 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі морського озброєння, а саме до систем "гідроакустична станція-надводний корабель", і може бути використана, наприклад, в корабельних низькочастотних активних гідроакустичних станціях з гнучкими протяжними буксируваними антенами. Відомі низькочастотні активні гідроакустичні станції з гнучкими протяжними буксируваними антенами [1]. Зазначені гідроакустичні станції мають буксирувану частину, до складу якої входять такі структурні елементи, як підйомно-опускний пристрій, кабель-буксир, буксируване тіло-заглиблювач з низькочастотним випромінювачем та прийомна гнучка протяжна гідроакустична антена. В зв'язку з тим, що випромінювання звуку здійснюється на низьких частотах, а розміри буксируваного тіла-заглиблювача обмежують розміри випромінювача, останні в більшості випадків завжди менші довжини випромінюваної хвилі. Ця обставина обумовлює ненаправлене випромінювання звуку активною частиною гідроакустичної станції. З іншого боку, в режимі прийому, гнучка протяжна буксирувана антена як лінійна система має осьову симетрію і формує характеристику направленості у вигляді тіла обертання, тобто у відповідних перерізах також формує ненаправлені властивості. При цьому виникає неоднозначність визначення пеленгу на ціль (ліво-правостороння невизначеність). Ця неоднозначність пеленгу може бути усунена шляхом маневрування корабля-носія гідроакустичної станції. Наприклад, при здійсненні кораблем циркуляції вправо курсовий кут цілі, що знаходиться по лівому борту, збільшується, а курсовий кут цілі по правому борту зменшується. Таким чином визначається, по якому борту знаходиться ціль. Але для виконання такого маневру потрібний досить великий час. Крім цього, потрібний значний час для відновлення лінійності гнучкої протяжної буксируваної антени після завершення маневру корабля. Наведене є суттєвим недоліком активних гідроакустичних станцій з гнучкими протяжними буксируваними антенами. Найбільш близьким технічним рішенням як за суттю, так і за результатом, який отримується, що вибрано за найближчий аналог (прототип), є система "гідроакустична станція-надводний корабель", що містить корабель-носій з розміщеними на ньому активною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксируваною антеною та підйомно-опускним пристроєм, при цьому до складу активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною входять гідродинамічний заглиблювач, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі, гнучка протяжна буксирувана антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому гідродинамічний заглиблювач з'єднаний з підйомно-опускним пристроєм корабля-носія за допомогою кабельбуксира, гнучка протяжна буксирувана антена з'єднана з гідродинамічним заглиблювачем за допомогою кабель-буксира, якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени, а п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі встановлені на верхній поверхні гідродинамічного заглиблювача за кріпленням кабель-буксира вісесиметрично поздовжній осі гідродинамічного заглиблювача, так що поздовжні осі п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів і гідродинамічного заглиблювача паралельні, розташовані в одній площині та орієнтовані в напрямі буксирування [2]. До недоліків технічного рішення, яке вибрано як найближчий аналог (прототип), належить всебічність (ненаправленість) випромінювання активної гідроакустичної станції, наслідком чого є неоднозначність визначення пеленгу на ціль (ліво-правостороння невизначеність) системою "гідроакустична станція-надводний корабель". В основу корисної моделі поставлена задача шляхом спорядження буксируваної частини акустично м'яким екраном, розміщення його між п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами в площині їх поздовжніх осей і виконаним у вигляді тонкої пластини симетричного обтічного профілю, усунути всебічність (ненаправленість) випромінювання активної гідроакустичної станції та забезпечити ліво- та правосторонню направленості відповідно лівого та правого п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів активної гідроакустичної станції, не збільшуючи при цьому лобовий опір руху гідродинамічного заглиблювача. Суть технічного рішення в системі "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини, що містить корабель-носій з розміщеною на ньому активною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксируваною антеною та підйомно-опускним пристроєм, при цьому до складу активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною входять гідродинамічний заглиблювач, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі, гнучка протяжна буксирувана антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому гідродинамічний заглиблювач з'єднаний з підйомно-опускним пристроєм корабля-носія за допомогою кабельбуксира, гнучка протяжна буксирувана антена з'єднана з гідродинамічним заглиблювачем за допомогою кабель-буксира, якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної 1 UA 105369 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 буксируваної антени, а п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі встановлені на верхній поверхні гідродинамічного заглиблювача за кріпленням кабель-буксира вісесиметрично поздовжній осі гідродинамічного заглиблювача, так що поздовжні осі п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів і гідродинамічного заглиблювача паралельні, розташовані в одній площині та орієнтовані в напрямі буксирування, полягає в тому, що до складу системи додатково введений акустично м'який екран, при цьому зазначений акустично м'який екран розміщений в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами, середня площина якого лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, акустично м'який екран виконано за шириною не менше довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, а товщиною, що не перевищує двох товщин оболонки п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, причому відстань між відповідними торцями акустично м'якого екрана та зовнішніми поверхнями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів не перевищує двох товщин оболонки п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів. Суть корисної моделі полягає і в тому, що акустично м'який екран виконаний у вигляді тонкої пластини симетричного обтічного профілю. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що система "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини, яка заявляється, відрізняється тим, що до складу системи додатково введений акустично м'який екран, зазначений акустично м'який екран розміщений в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами, середня площина акустично м'якого екрана лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, акустично м'який екран виконано за шириною не менше довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, а товщиною, що не перевищує двох товщин оболонки п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, відстань між відповідними торцями акустично м'якого екрана та зовнішніми поверхнями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів не перевищує двох товщин оболонки п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, зазначений акустично м'який екран виконаний у вигляді тонкої пластини симетричного обтічного профілю. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показано склад системи "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини, що заявляється, яка містить буксирувану частину активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною та схему її буксирування; на фіг. 2, 3 показано, відповідно, види прямо та з боку гідродинамічного заглиблювача з п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами та акустично м'яким екраном (у вигляді тонкої пластини симетричного обтічного профілю); на фіг. 4 приведені діаграми направленості системи, що заявляється, по лівому (крива А) та правому (крива Б) бортам. Система "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини 1 містить (як варіант конструктивного виконання - див. схему на фіг. 1) корабель-носій 2 з розміщеними на ньому активною гідроакустичною станцією 3 з гнучкою протяжною буксируваною антеною 4 та підйомно-опускним пристроєм 5, при цьому до складу активної гідроакустичної станції 3 з гнучкою протяжною буксируваною антеною 4 входять гідродинамічний заглиблювач 6, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі 7 з акустично м'яким екраном 11, гнучка протяжна буксирувана антена 4, два кабель-буксири (відповідно, позиції 8 і 9) та якір-фал 10. При цьому: - гідродинамічний заглиблювач 6 з'єднаний з підйомно-опускним пристроєм 5 корабля-носія 2 за допомогою кабель-буксира 8; - гнучка протяжна буксирувана антена 4 з'єднана з гідродинамічним заглиблювачем 6 за допомогою кабель-буксира 9; - якір-фал 10 закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени 4. Конструктивно і технологічно п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі 7 з акустично м'яким екраном 11 встановлені на гідродинамічному заглиблювачі 6 - див. схеми на фіг. 2, 3. Зазначені п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі 7 з акустично м'яким екраном 11 розміщені на верхній поверхні гідродинамічного заглиблювача 6 за кріпленням кабель-буксира 8 вісесиметрично поздовжній осі гідродинамічного заглиблювача 6 так, що поздовжні осі п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 з акустично м'яким екраном 11 і гідродинамічного заглиблювача 6 паралельні та орієнтовані в напрямі буксирування (див. схему на фіг. 3). Конструктивно п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі 7 виконані у вигляді відкритого циліндра, вільно обтічного ззовні та всередині водою зовнішнього середовища. Відстань між п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами 7 вибрана із конструктивних міркувань, виходячи із необхідності розміщення в просторі між ними акустично м'якого екрана 11. 2 UA 105369 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Акустично м'який екран 11 виконаний у вигляді пластини симетричного обтічного профілю, середня площина якої лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7. Ширина акустично м'якого екрана 11 не менша довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7. Товщина акустично м'якого екрана 11 та відстані між відповідними торцями акустично м'якого екрана 11 та зовнішніми поверхнями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 не повинні перевищувати двох товщин п'єзокерамічних оболонок випромінювачів 7. Система "гідроакустична станція-надводний корабель" 1 з антенами змінної глибини, яка забезпечує досягнення рішення технічної задачі, працює наступним чином. При русі корабля-носія 2 активної гідроакустичної станції 3 з гнучкою протяжною буксируваною антеною 4 кабель-буксир 8 та гідродинамічний заглиблювач 6 визначають горизонт знаходження п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 з акустично м'яким екраном 11 і гнучкої протяжної буксируваної антени 4 в морському середовищі. При цьому, оскільки внутрішні об'єми та зовнішні поверхні п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 та акустично м'який екран 11 є вільно обтічними, а поздовжні осі п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 та площина акустично м'якого екрана 11 співпадають з напрямом буксирування, лобовий опір гідродинамічного заглиблювача 6 з п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами 7 та акустично м'яким екраном 11 має мінімальну величину. Формування односторонньої направленості кожним із п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 в присутності акустично м'якого екрана 11 відбувається наступним чином. Кожен з п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 при своїй роботі випромінює звукові хвилі однаково у всіх напрямках. Ці звукові хвилі при досягненні акустично м'якого екрана 11 збуджують його, результатом чого є поява нового, розсіяного екраном звукового поля. Це розсіяне звукове поле має амплітуду, близьку до амплітуди звукового поля, утвореного п'єзокерамічним циліндричним випромінювачем, але протилежну йому фазу, оскільки акустично м'який екран 11 перевертає фазу збуджуючого його поля на протилежну [3]. Тому результуюче поле п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 7 з акустично м'яким екраном 11 є результатом суперпозиції створюваного одним із п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 звукового поля та звукового поля, розсіяного акустично м'яким екраном 11, має різні амплітуди зі сторони акустично м'якого екрана 11 та з протилежної сторони. Зі сторони акустично м'якого екрана 11 ця амплітуда буде мінімальною. Тому направленість кожного з п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 при наявності акустично м'якого екрана 11 стає односторонньою з максимумом зі своєї сторони і мінімумом зі сторони розміщення другого з п'єзокерамічних циліндричних перетворювачів 7. Наведене демонструють криві на фіг. 4, де С характеристика направленості одного випромінювача без впливу акустично м'якого екрана 11, а криві А, Б - характеристики направленості кожного із п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 в присутності акустично м'якого екрана 11 [4]. Характеристики направленості Rв наведені для вертикальної площини. Відлік кута θ здійснюється в площині, нормальній до поздовжньої осі п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 7 зі сторони, протилежної акустично м'якому екрану 11. Розрахунок виконано на частоті 1000 Гц при розмірі акустично м'якого екрана між поверхнями випромінювачів 100 мм. Оскільки, при наведених на фіг. 4 характеристиках направленості коефіцієнт концентрації активної частини системи "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини, що заявляється, збільшується від 1 до 2-3, енергетична ефективність по кожному із бортів корабля-носія перевищує енергетичну ефективність прототипу, хоча випромінює при цьому лише один із п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7. Таким чином, система "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенною змінної глибини, що заявляється, дозволяє забезпечити покращення тактико-технічних характеристик корабельної активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною, а саме: створити одностороннє випромінювання звукової енергії і тим самим ліквідувати неоднозначність визначення пеленгу на ціль (ліво-правосторонню невизначеність) системою "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини. Підвищення ефективності застосування системи "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини у порівнянні з прототипом досягається тим, що шляхом встановлення в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами акустично м'якого екрана (середня площина якого лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів), забезпечується формування правим і лівим випромінювачами активної частини гідроакустичної станції односторонньої направленості відповідно по правій та лівій сторонам системи "гідроакустична станція-надводний корабель", а 3 UA 105369 U 5 10 шляхом виконання акустично м'якого екрана у вигляді тонкої пластини симетричного обтічного профілю забезпечується сталість лобового опору буксируваної частини. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Корякин Ю.А., Смирнов С.Α., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника: состояние и актуальные проблемы. - Спб: Наука, 2004. - 410 с. 2. Патент на корисну модель № 94687 Україна. МПК G01S 7/52 (2006/01). Система "гідроакустична станція-надводний корабель" / А.В. Дерепа, О.Г. Лейко. - № u201406274, заявл. 06.06.2014, опубл. 25.11.2014, бюл. № 22 - (прототип). 3. Лейко А.Г., Гусак З.Т., Кандрачук И.В., Мельниченко М.А. Акустические свойства цилиндрической пьезокерамической гидроакустической антенны с плоским экраном в диаметральной плоскости / А.Г. Лейко, З.Т. Гусак, И.В. Кандрачук, М.А. Мельниченко // Электроника и связь. - НТУУ "КПИ", 2015. - № 2. - С. 71-78. 4. Гринченко В.Т., Вовк И.В., Маципура В.Т. Волновые задачи акустики. - К.: Интерсервис, 2013. - 572 с. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 1. Система "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини, що містить корабель-носій з розміщеною на ньому активною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксируваною антеною та підйомно-опускним пристроєм, при цьому до складу активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною входять гідродинамічний заглиблювач, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі, гнучка протяжна буксирувана антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому гідродинамічний заглиблювач з'єднаний з підйомно-опускним пристроєм корабля-носія за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирувана антена з'єднана з гідродинамічним заглиблювачем за допомогою кабельбуксира, якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксируваної антени, а п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі встановлені на верхній поверхні гідродинамічного заглиблювача за кріпленням кабель-буксира вісесиметрично поздовжній осі гідродинамічного заглиблювача так, що поздовжні осі п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів і гідродинамічного заглиблювача паралельні, розташовані в одній площині та орієнтовані в напрямі буксирування, яка відрізняється тим, що до складу системи додатково введений акустично м'який екран, при цьому зазначений акустично м'який екран розміщений в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами, середня площина якого лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, акустично м'який екран виконано за шириною не менше довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, а товщиною, що не перевищує двох товщин оболонки п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, причому відстань між відповідними торцями акустично м'якого екрана та зовнішніми поверхнями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів не перевищує двох товщин оболонки п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що акустично м'який екран виконаний у вигляді тонкої пластини симетричного обтічного профілю. 4 UA 105369 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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