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

Реферат: Система ″гідроакустична станція-надводний корабель″ з антенами змінної глибини містить корабель-носій з розміщеними на ньому активною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксирною антеною та підйомно-опускним пристроєм. До складу активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксирною антеною входять гідродинамічний заглиблювач, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі, гнучка протяжна буксирна антена, два кабель-буксири та якір-фал. Гідродинамічний заглиблювач містить крило Т-подібної форми, розміщене в хвостовій частині зазначеного гідродинамічного заглиблювача, причому горизонтальний елемент крила Т-подібної форми виконаний з можливістю зміни кута нахилу у межах ±30°. На зовнішню поверхню горизонтального елемента Т-подібного крила нанесено акустично м'який матеріал, зазначене Т-подібне крило розміщене в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами таким чином, що середня горизонтальна площина його горизонтального елемента лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів. UA 106627 U (54) СИСТЕМА "ГІДРОАКУСТИЧНА СТАНЦІЯ-НАДВОДНИЙ КОРАБЕЛЬ" З АНТЕНАМИ ЗМІННОЇ ГЛИБИНИ UA 106627 U UA 106627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до морського озброєння, а саме, до систем "гідроакустична станція надводний корабель" і може бути використана, наприклад, в корабельних направлених низькочастотних активних гідроакустичних станціях з гнучкими протяжними буксирними антенами. Відомі низькочастотні активні гідроакустичні станції з гнучкими протяжними буксирними антенами [1]. Зазначені гідроакустичні станції мають буксирну частину, до складу якої входять такі структурні елементи як підйомно-опускний пристрій, кабель-буксир, буксирне тілозаглиблювач з низькочастотним випромінювачем та прийомна гнучка протяжна гідроакустична антена. В зв'язку з тим, що випромінювання звуку здійснюється на низьких частотах, а розміри буксирного 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 буксирна 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). 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 того, потрібний значний час для відновлення лінійності гнучкої протяжної буксирної антени після завершення маневру корабля. Наведене є суттєвим недоліком активних гідроакустичних станцій з гнучкими протяжними буксирними 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 буксирною антеною та підйомно-опускним пристроєм, при цьому до складу активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксирною антеною входять гідродинамічний заглиблювач, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі, гнучка протяжна буксирна антена, два кабель-буксири та якір-фал, причому гідродинамічний заглиблювач містить крило Т-подібної форми, розміщене в його хвостовій частині, зазначений гідродинамічний заглиблювач з'єднаний з підйомно-опускним пристроєм корабля-носія за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирна антена з'єднана з гідродинамічним заглиблювачем за допомогою кабель-буксира, якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксирної 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 заглиблювачапаралельні 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 зміни конструкції гідродинамічного заглиблювача, а саме розміщенням крила Т-подібної форми в просторі між сусідніми циліндричними випромінювачами в площині їх поздовжніх осей, та нанесення на зовнішню поверхню горизонтального елемента крила Т-подібної форми акустично м'якого матеріалу, створити з лівої та правої сторін активної гідроакустичної станції направленість випромінювання відповідно лівим або правим випромінювачем незалежно від іншого випромінювача. Поставлена задача вирішується тим, що в системі "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини, що містить корабель-носій з розміщеними на ньому активною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксирною антеною та підйомноопускним пристроєм, причому до складу активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксирною антеною входять гідродинамічний заглиблювач, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі, гнучка протяжна буксирна антена, два кабель-буксири та якір-фал, гідродинамічний заглиблювач містить крило Т-подібної форми, розміщене в хвостовій частині зазначеного гідродинамічного заглиблювача, причому горизонтальний елемент крила Тподібної форми виконаний з можливістю зміни кута нахилу у межах ±30°, гідродинамічний заглиблювач з'єднаний з підйомно-опускним пристроєм корабля-носія за допомогою кабельбуксира, гнучка протяжна буксирна антена з'єднана з гідродинамічним заглиблювачем за 1 UA 106627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 допомогою кабель-буксира, якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксирної 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 та орієнтовані в напрямі буксирування, полягає в тому, що на зовнішню поверхню горизонтального елемента Тподібного крила нанесено акустично м'який матеріал, зазначене Т-подібне крило розміщене в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами таким чином, що середня горизонтальна площина його горизонтального елемента лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів. Суть корисної моделі полягає і в тому, що горизонтальний елемент Т-подібного крила виконано симетричного гідродинамічного профілю. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що горизонтальний елемент Т-подібного крила виконано за шириною в напрямі буксирування не менше довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, а передня частина профілю горизонтального елемента Т-подібного крила є дотичною до площини, утвореної передніми в напрямі буксирування торцями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, або виходить вперед за неї. Рішення технічної задачі в системі "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини, що заявляється, дійсно можливе за такими чинниками: - на сьогодні найбільш поширеною схемою побудови гідродинамічного заглиблювача є літакоподібна [1]. Ця форма дозволяє зберігати стійкість руху на високих швидкостях буксирування, при цьому існує можливість управління рухом завдяки спеціальному хвостовому оперенню. Одним з основних елементів цього оперення є горизонтальний елемент крила Тподібної форми обтічного профілю, кут нахилу якого відносно горизонтальної площини може змінюватись для забезпечення заданої глибини занурення буксирної частини системи "гідроакустична станція-надводний корабель"; - шляхом нанесення на зовнішню поверхню горизонтального елемента крила Т-подібної форми акустично м'якого матеріалу та розміщення його в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами таким чином, що середня горизонтальна площина горизонтального елемента лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, причому зміни кута нахилу горизонтального елемента до зазначеної площині не повинні перевищувати ±30°, ширина горизонтального елемента крила Т-подібної форми в напрямі буксирування не менше довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, а його передній профіль є дотичним до площини, утвореної передніми в напрямі буксирування торцями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів або виходить вперед за неї, забезпечується формування правим і лівим п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами активної гідроакустичної станції односторонньої направленості відповідно по правій і лівій сторонах системи "гідроакустична станція-надводний корабель". Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що система "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини, яка заявляється, відрізняється тим, що на горизонтальний елемент крила Т-подібної форми хвостової частини гідродинамічного заглиблювача нанесено акустично м'який матеріал, а саме крила Т-подібної форми розміщено в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами таким чином, що середня горизонтальна площина його горизонтального елемента лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, причому зміни кута нахилу горизонтального елемента до останньої не повинні перевищувати ±30°, ширина горизонтального елемента крила Т-подібної форми в напрямі буксирування не менша довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, а його передній профіль є дотичним до площини, утвореної передніми в напрямі буксирування торцями циліндричних випромінювачів, або виходить вперед за неї. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 показано склад системи "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини, що заявляється, яка містить буксирну частину активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксирною антеною та схему її буксирування, на Фіг. 2, 3, 4, 5 показано, відповідно, загальний вид, види прямо, з боку та зверху гідродинамічного заглиблювача з п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами та крилом Т-подібної форми з горизонтальним елементом, на який нанесено акустично м'який матеріал; на Фіг. 6 приведені діаграми направленості системи, що заявляється, по лівому (крива А), та правому (крива Б) бортам. 2 UA 106627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 буксирною антеною 4 та підйомно-опускним пристроєм 5, при цьому до складу активної гідроакустичної станції 3 з гнучкою протяжною буксирною антеною 4 входять гідродинамічний заглиблювач 6 з горизонтальним елементом 11 крила Т-подібної форми, на який нанесено акустично м'який матеріал, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі 7, гнучка протяжна буксирна антена 4, два кабель-буксири (відповідно, позиції 8 і 9) та якір-фал 10. При цьому: - гідродинамічний заглиблювач 6 із горизонтальним елементом 11 крила Т-подібної форми в його хвостовій частині з'єднаний з підйомно-опускним пристроєм 5 корабля-носія 2 за допомогою кабель-буксира 8; - гнучка протяжна буксирна антена 4 з'єднана з гідродинамічним заглиблювачем 6 за допомогою кабель-буксира 9; - якір-фал 10 закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксирної антени 4. Конструктивно і технологічно п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі 7 та крило Т-подібної форми з горизонтальним елементом 11 встановлені на гідродинамічному заглиблювачі 6 - див. схеми на Фіг. 2-5. Зазначені п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі 7 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 і гідродинамічного заглиблювача 6 паралельні та орієнтовані в напрямі буксирування (див. схему на Фіг. 4). 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 горизонтального елемента 11 крила Т-подібної форми. На зовнішню поверхню горизонтального елемента 11 крила Т-подібної форми гідродинамічного заглиблювача 6 нанесено акустично м'який матеріал. Середня площина горизонтального елемента 11 крила Т-подібної форми лежить у площині, утвореній поздовжніми осями циліндричних випромінювачів 7. Ширина горизонтального елемента 11 крила Т-подібної форми в напрямі буксирування не менша довжини циліндричних випромінювачів 7. Передній профіль горизонтального елемента 11 крила Т-подібної форми є дотичним до площини, утвореної передніми в напрямі буксирування торцями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 або виходить вперед за неї. 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 буксирною антеною 4 кабель-буксир 8 та гідродинамічний заглиблювач 6 з горизонтальним елементом 11 крила Т-подібної форми в його хвостовій частині визначають горизонт знаходження п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 і гнучкої протяжної буксирної антени 4 в морському середовищі. При цьому, оскільки внутрішні об'єми та зовнішні поверхні п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 є вільно обтічними, а поздовжні осі п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 співпадають з напрямом буксирування, лобовий опір гідродинамічного заглиблювача 6, який має спеціальне оперення обтічної форми у своїй хвостовій частині, з п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами 7 має мінімальну величину. Формування односторонньої направленості кожним із п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 в присутності горизонтального елемента 11 з акустично м'якою поверхнею 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 горизонтального елемента 11 з акустично м'якою поверхнею збуджують її, результатом чого є поява нового, розсіяного горизонтальним елементом звукового поля. Зазначене розсіяне звукове поле має амплітуду, близьку до амплітуди звукового поля, утвореного п'єзокерамічним циліндричним випромінювачем, але протилежну йому фазу, оскільки горизонтальний елемент 11 з акустично м'якою поверхнею змінює фазу збуджуючого його поля на протилежну [3]. Тому, результуюче поле п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 7 з горизонтальним елементом 11 крила Т-подібної форми гідродинамічного заглиблювача 6 є результатом суперпозиції створюваного одним із п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 звукового поля та звукового поля, розсіяного горизонтальним елементом 11 з акустично м'якою поверхнею, має різні амплітуди зі сторони горизонтального крила 11 та з протилежної сторони. 3 UA 106627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Зі сторони горизонтального елемента 11 ця амплітуда буде мінімальною. Тому направленість кожного з п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів 7 при наявності горизонтального елемента 11 з акустично м'якою поверхнею стає односторонньою з максимумом зі своєї сторони і мінімумом зі сторони розміщення другого з циліндричних перетворювачів 7. Наведене демонструють криві на Фіг. 5, де С - характеристика направленості одного випромінювача без впливу акустично м'якого екрана у вигляді горизонтального елемента 11 крила Т-подібної форми, а криві А, Б - характеристики направленості кожного із циліндричних випромінювачів 7 в присутності горизонтального елемента 11 з акустично м'якою поверхнею [4]. Характеристики направленості Rθ наведені для вертикальної площини. Відлік кута θ здійснюється в площині, нормальній до поздовжньої осі п'єзокерамічного циліндричного випромінювача 7, зі сторони протилежної горизонтальному елементу 11. Розрахунок виконано на частоті 1000 Гц при розмірі горизонтального елемента 11 крила Тподібної форми між поверхнями випромінювачів 500 мм. Зміна кута нахилу горизонтального елемента 11 крила межах ±30° до горизонтальної площини, що необхідно для утримання гідродинамічного заглиблювача 6 та циліндричних випромінювачів 7 на заданій робочій глибині, практично не впливає на направленість циліндричних випромінювачів 7. Оскільки при наведених на Фіг. 5 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. Підвищення ефективності застосування системи "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини у порівнянні з прототипом досягається тим, що шляхом встановлення на гідродинамічному заглиблювачі в просторі між сусідніми циліндричними випромінювачами крила Т-подібної форми з горизонтальним елементом, на який нанесено акустично м'яким матеріалом та розміщення його таким чином, що середня горизонтальна площина цього горизонтального елемента лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, причому зміни кута нахилу горизонтального елемента до останньої не повинні перевищувати ±30°, ширина горизонтального елемента 11 крила Т-подібної форми в напрямі буксирування не менша довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, а його передній профіль є дотичним до площини, утвореної передніми в напрямі буксирування торцями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, або виходить вперед за неї, забезпечується формування правим і лівим випромінювачами активної частини гідроакустичної станції односторонньої направленості відповідно по правій та лівій сторонах системи "гідроакустична станція-надводний корабель" і тим самим ліквідується неоднозначність визначення пеленгу на ціль (ліво-правостороння невизначеність) системою "гідроакустична станція-надводний корабель" з антенами змінної глибини. Джерела інформації: 1. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., 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. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Система ″гідроакустична станція-надводний корабель″ з антенами змінної глибини, що містить корабель-носій з розміщеними на ньому активною гідроакустичною станцією з гнучкою протяжною буксирною антеною та підйомно-опускним пристроєм, причому до складу активної гідроакустичної станції з гнучкою протяжною буксирною антеною входять гідродинамічний заглиблювач, п'єзокерамічні циліндричні випромінювачі, гнучка протяжна буксирна антена, два кабель-буксири та якір-фал, гідродинамічний заглиблювач містить крило Т-подібної форми, розміщене в хвостовій частині зазначеного гідродинамічного заглиблювача, причому горизонтальний елемент крила Т-подібної форми виконаний з можливістю зміни кута нахилу у 4 UA 106627 U 5 10 15 20 межах ±30°, гідродинамічний заглиблювач з'єднаний з підйомно-опускним пристроєм корабляносія за допомогою кабель-буксира, гнучка протяжна буксирувальна антена з'єднана з гідродинамічним заглиблювачем за допомогою кабель-буксира, якір-фал закріплено до вільного кінця гнучкої протяжної буксирної 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 та орієнтовані в напрямі буксирування, яка відрізняється тим, що на зовнішню поверхню горизонтального елемента Т-подібного крила нанесено акустично м'який матеріал, зазначене Тподібне крило розміщене в просторі між сусідніми п'єзокерамічними циліндричними випромінювачами таким чином, що середня горизонтальна площина його горизонтального елемента лежить у площині, утвореній поздовжніми осями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що горизонтальний елемент Т-подібного крила виконано симетричного гідродинамічного профілю. 3. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що горизонтальний елемент Т-подібного крила виконано за шириною в напрямі буксирування не менше довжини п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, а передня частина профілю горизонтального елемента Т-подібного крила є дотичною до площини, утвореної передніми в напрямі буксирування торцями п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів, або виходить вперед за неї. 5 UA 106627 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 6