Активно-пасивна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксированою антеною з керованою направленістю випромінювання

Реферат: Активно-пасивна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою направленістю випромінювання містить корабельну частину та буксирувану частину, при цьому до складу буксируваної частини входять кабель-буксир, буксируване тіло з розміщеним в ньому вертикальним 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. Вертикальний п'єзокерамічний циліндричний випромінювач виконано в вигляді кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки внутрішнім радіусом r1 кінцевої висоти h, внутрішня порожнина якої споряджена співвісно акустично жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки однакової з круговою циліндричною герметизованою оболонкою висоти h та меншим зовнішнім радіусом r2, величина якого знаходиться в межах від 0,9 r1 до 0,6 r1. UA 96529 U (54) АКТИВНО-ПАСИВНА ГІДРОАКУСТИЧНА СТАНЦІЯ З ГНУЧКОЮ ПРОТЯЖНОЮ БУКСИРОВАНОЮ АНТЕНОЮ З КЕРОВАНОЮ НАПРАВЛЕНІСТЮ ВИПРОМІНЮВАННЯ UA 96529 U UA 96529 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі морського озброєння, зокрема до гідроакустики, а саме, до гідроакустичних станцій, і може бути використана, наприклад, в корабельних низькочастотних гідроакустичних станціях з антенами змінної глибини. Відомо [1], що згідно з рівнянням гідролокації енергетична дальність дії активної гідроакустичної станції визначається рівнем акустичної потужності, яку вона випромінює в заданому напрямі, та величинами коефіцієнтів концентрації випромінюючої і прийомної антен. Рівень акустичної потужності може бути збільшений шляхом збільшення питомої акустичної потужності, яка знімається з одиниці площі випромінюючої площини гідроакустичної антени гідроакустичної станції. У цього шляху є ряд недоліків. По-перше, можливість появи кавітації при випромінюванні величини звуку, яка перевищує поріг кавітації, а відтак, і руйнування конструкції гідроакустичної антени. По-друге, зменшення строку служби гідроакустичної антени, завдяки збільшенню в її п'єзокерамічних випромінювачах рівня внутрішніх механічних напружень та наближення їх до величини допустимих розривних напружень. Збільшення коефіцієнта концентрації випромінюючої гідроакустичної антени пов'язано із збільшенням хвильових розмірів антени, що не завжди можливо реалізувати, особливо в низькочастотних активних гідроакустичних станцій з антенами змінної глибини. Відома активна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною, що містять електронну апаратуру, яка 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 та гнучка протяжна буксирувана антена [2]. До недоліків відомої активної гідроакустичної станції належить необхідність збільшувати розміри буксируваного тіла при збільшенні розмірів випромінюючої антени з метою збільшення її енергетичної ефективності або шляхом підвищення рівня випромінюваної акустичної потужності, або шляхом підвищення коефіцієнта концентрації антени. 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 корабельну частину та буксирувану частину, при цьому до складу буксируваної частини входять кабель-буксир, буксируване тіло з розміщеним в ньому вертикальним 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 [3]. До недоліків технічного рішення, яке вибрано як найближчий аналог (прототип), належить те, що неможливо збільшити коефіцієнт концентрації (К = 1) її випромінюючої антени без збільшення розмірів антени. Випромінююча антена виконана в вигляді потужного п'єзокерамічного циліндричного всенаправленого випромінювача силової конструкції, внутрішня порожнина п'єзокерамічної оболонки якого заповнена повітрям, що вимагає додаткових заходів для зміцнення конструкції антени з метою запобігання її деформації під дією гідростатичного тиску при використанні гідроакустичної антени на великих глибинах. В основу корисної моделі поставлено задачу шляхом виконання вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача у вигляді кругової циліндричної порожнистої герметизованої п'єзокерамічної оболонки з внутрішнім радіусом r1 кінцевої висоти h та спорядження внутрішньої порожнини зазначеного випромінювача співвісно акустично жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки із радіусом r2, забезпечити підвищення коефіцієнта концентрації випромінюючої антени без зміни її розмірів. Суть технічного рішення в активно-пасивній гідроакустичній станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою направленістю випромінювання, що містить корабельну частину та буксирувану частину, при цьому до складу буксируваної частини входять кабельбуксир, буксируване тіло з розміщеним в ньому вертикальним 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 вертикальний п'єзокерамічний циліндричний випромінювач виконано в вигляді кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки внутрішнім радіусом r1 кінцевої висоти h, внутрішня порожнина якої споряджена співвісно акустично жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки однакової з круговою циліндричною порожнистою герметизованою оболонкою висоти h та меншим зовнішнім радіусом r2, величина якого 1 UA 96529 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 знаходиться в межах від 0,9 r1 до 0,6 r1. Суть корисної моделі полягає і в тому, що акустично жорсткий екран у вигляді напівциліндричної вставки за допомогою приводу з'єднано з механізмом, який обертає її навколо вертикальної осі кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що зазор між внутрішньою поверхнею кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки та жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки у робочому положенні буксируваної частини вільно заповнюється зовнішнім робочим середовищем. Рішення технічної задачі в активно-пасивній гідроакустичній станції з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою направленістю випромінювання дійсно можливе тому, що: - шляхом виконання вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача у вигляді кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки внутрішнім радіусом r1 кінцевої висоти h, забезпечується збільшення випромінюючої площі вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача; - шляхом спорядження внутрішньої порожнини вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача (співвісно) акустично жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки однакової з круговою циліндричною герметизованою оболонкою висоти h та меншим зовнішнім радіусом r2, величина якого знаходиться в межах від 0,9 r1 до 0,6 r1 забезпечується збільшення коефіцієнта концентрації вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача; - шляхом з'єднання акустично жорсткого екрана за допомогою приводу з механізмом, який обертає її навколо вертикальної осі кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки, забезпечується всебічне випромінювання звуку при наявності односторонньої направленості; - шляхом вільного заповнення зовнішнім робочим середовищем зазору між внутрішньою поверхнею кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки та жорстким екраном у робочому положенні буксируваної частини забезпечується простота конструкції вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача, яка дозволяє використовувати гідроакустичну антену на значних глибинах без ризику деформації під дією гідростатичного тиску стовпа води. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 зображено склад активнопасивної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною антеною з керованою направленістю та схему її буксирування, на Фіг. 2 зображено схему побудови вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача цієї гідроакустичної станції, а на Фіг. 3 енергетичну характеристику направленості гідроакустичної станції, що заявляється, в режимі випромінювання звуку. Активно-пасивна гідроакустична станція 1 з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою направленістю випромінювання 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 буксирувала 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. Конструктивно і технологічно вісесиметричний акустично жорсткий екран, який виконано у вигляді напівциліндричної вставки 11 вбудовано у внутрішню порожнину кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10 вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 - див. схему на Фіг. 2. Для забезпечення всебічного випромінювання акустично жорсткий екран у вигляді напівциліндричної вставки 11 з'єднано за допомогою приводу 13 з механізмом 14, який обертає її навколо вертикальної осі кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10. Висота акустично жорсткого екрана у вигляді напівциліндричної вставки 11 є рівною висоті h кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10, а зовнішній радіус r2 акустично жорсткого екрана у вигляді напівциліндричної вставки 11 знаходиться в межах від 0,9 до 0,6 внутрішнього радіусу r1 кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10. Конструктивно зазор 12 між круговою циліндричною порожнистою герметизованою оболонкою 10 вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 та акустично жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки 11, вільно заповнений зовнішнім робочим середовищем. 2 UA 96529 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Задача корисної моделі вирішується наступним чином. Внутрішня порожнина радіусом r1 кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10 вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 споряджається вісесиметричним акустично жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки 11 однакової з круговою циліндричною порожнистою герметизованою оболонкою 10 висоти h та зовнішнім радіусом r2, величина якого знаходиться в межах від 0,9 r1 до 0,6 r1. Зазор між внутрішньою поверхнею радіуса r1 кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10 та акустично жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки 11 заповнюється зовнішнім робочим середовищем. Це дозволяє змінити конструкцію вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 з симетричної на несиметричну, завдяки чому в механічній коливальній системі вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 крім нульової моди коливань, яка є єдиною модою в симетричній конструкції вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5, з'являються моди коливань з номерами n ≥ 1. Наслідком появи зазначених мод стає втрата вертикального п'єзокерамічним циліндричним випромінювачем 5 всенаправленості та виникнення однонаправленого випромінювання. В свою чергу це обумовлює збільшення коефіцієнта концентрації вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 без зміни його зовнішніх розмірів. Для забезпечення всебічного випромінювання звуку при наявності односторонньої направленості вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 останній споряджається механізмом 14, який за допомогою приводу 13 з'єднаний з акустично жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки 11 та обертає його навколо вертикальної осі п'єзокерамічної циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10 вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5. Активно-пасивна гідроакустична станція 1 з гнучкою протяжною антеною з керованою направленістю випромінювання, що забезпечує досягнення бажаного ефекту працює наступним чином. При подачі на кругову циліндричну порожнисту герметизовану оболонку 10 (див. Фіг. 2) вертикального п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 5 електричної напруги збудження вона починає здійснювати поздовжні коливання навколо своєї середньої окружності, результатом яких є пульсуючі коливання циліндричної поверхні кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10, а відтак, і збудження звукових полів у внутрішній порожнині кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10 та ззовні неї. Якщо б вертикальний п'єзокерамічний циліндричний випромінювач 5 був радіально-симетричним, він би мав пульсуючу (n=0) моду коливань на резонансній частоті кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки 10 та однакове всенаправлене випромінювання звуку (див. пряма К1 на Фіг. 3). Для систем з порушеною радіальною симетрією ситуація суттєво змінюється. Ці зміни обумовлені тим, що на відміну від радіально симетричної системи в системі з порушеною радіальною симетрією з'являються наступні (n ≥ 1) моди коливань, які порівнянні по амплітуді з пульсуючою (n=0) модою. Це означає, що в цьому випадку здійснюється ефективний перерозподіл енергії, яка "закачується" в систему на пульсуючій (n=0) моді між наступними формами коливань. Саме результатом сумісної дії всіх цих мод і є поява ефекту направленого випромінювання (див. крива K2 на Фіг. 3) вертикальним п'єзокерамічним циліндричним випромінювачем 5 активно-пасивної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною антеною з керованою направленістю 1, що заявляється, без зміни йото зовнішніх розмірів. Природно, створення направленого випромінювання забезпечує відповідне збільшення коефіцієнта концентрації активної частини гідроакустичної станції (див. схему на Фіг. 3 - більше, ніж в 2 рази), а, відтак, забезпечує збільшення і енергетичної ефективності гідроакустичної станції, що заявляється, в режимі випромінювання звуку. Оскільки випромінювання звуку в гідроакустичній станції, що заявляється, здійснюється направленим чином, для всенаправленого озвучення акваторії до складу гідроакустичної станції введено механізм обертання 14 вставки 11 за допомогою приводу 13. Таким чином, активно-пасивна гідроакустична станція з гнучкою протяжною антеною з керованою направленістю, що заявляється, дозволяє забезпечити покращення тактикотехнічних характеристик, а саме: збільшення більше ніж в 2 рази коефіцієнта концентрації активної частини гідроакустичної станції, а відтак, і пропорційне збільшення енергетичної ефективності гідроакустичної станції в режимі випромінювання звуку. Джерела інформації: 1. Справочник по гидроакустике / под редакцией А.Е. Колесникова. - Л.: Судостроение, 1982. - 344 с. 3 UA 96529 U 5 2. 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. 3. Виньетка [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.oceanpribor.ru/text/18.htm/Виньетка - прототип. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 1. Активно-пасивна гідроакустична станція з гнучкою протяжною буксируваною антеною з керованою направленістю випромінювання, що містить корабельну частину та буксирувану частину, при цьому до складу буксируваної частини входять кабель-буксир, буксируване тіло з розміщеним в ньому вертикальним 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 вертикальний п'єзокерамічний циліндричний випромінювач виконано в вигляді кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки внутрішнім радіусом r1 кінцевої висоти h, внутрішня порожнина якої споряджена співвісно акустично жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки однакової з круговою циліндричною герметизованою оболонкою висоти h та меншим зовнішнім радіусом r2, величина якого знаходиться в межах від 0,9 r1 до 0,6 r1. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що акустично жорсткий екран у вигляді напівциліндричної вставки за допомогою приводу з'єднано з механізмом, який обертає її навколо вертикальної осі кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки. 3. Система за п. 1 та п. 2, яка відрізняється тим, що зазор між внутрішньою поверхнею кругової циліндричної порожнистої герметизованої оболонки та жорстким екраном у вигляді напівциліндричної вставки у робочому положенні буксируваної частини вільно заповнено зовнішнім робочим середовищем. 4 UA 96529 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 5