Гидроакустическая антенна

 

Изобретение относится к области гидроакустики, а более конкретно к акустическим антеннам, в которых используются акустические приемники. Технический результат - повышение эффективности антенны и уменьшение влияния на ее параметры переменного гидростатического давления. Сущность изобретения заключается в том, что чувствительность антенны на всех частотах не зависит от давления, конструкция антенны обеспечивает непрерывность экранирующего покрытия, увеличение защищенности приемников от вибрационной помехи за счет отсутствия жесткого, непосредственного их закрепления на каркасе. 3 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики, а более конкретно к акустическим антеннам, в которых используются акустические приемники. Известны гидроакустические антенны, в состав которых входят акустические приемники, несущие конструкции (каркасы), экранирующие покрытия (экраны) и линии электрических коммуникаций. Например, сферическая антенна станции B -6 и полуэллиптическая антенна станции B P-7, устанавливаемые на подводных лодках США (И.Г. Харбенко. "Ультразвук в военном деле", 1976 г., стр. 80).

По технической сущности в качестве прототипа выбрана сферическая гидроакустическая антенна тракта шумопеленгования (патент США N 4.207.621, кл. 367/122 G 01 S 3/80, заявл. 31.10.63, опубл. 10.06.80). Она состоит из сферического каркаса и нескольких сотен гидрофонов (приемников), неподвижно закрепленных на этом каркасе и распределенных, примерно равномерно и идентично ориентированных при одинаковом удалении их от центра каркаса, а поверхность сферы покрыта резиновым экраном с каналами, установленным между приемниками и каркасом.

Недостаток конструкции прототипа заключается в том, что под действием переменного гидростатического давления изменяются толщина и экранирующие свойства покрытия и вместе с тем изменяется расстояние от центров приемников до поверхности экранизирующего покрытия, что ведет к изменению чувствительности антенны, так как известно, что величина эл. сигнала, снимаемого с акустического приемника, расположенного вблизи "мягкого" (например, из резины с каналами) экрана, зависит от расстояния центра приемника до поверхности экрана (см. В.Е. Глазанов. "Экранирование гидроакустических антенн". - "Судостроение", 1986 г.).

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности антенны и уменьшение влияния на ее параметры переменного гидростатического давления.

Указанная цель достигается тем, что в известной гидроакустической антенне выпуклой формы, содержащей акустические приемники, установленные на несущих конструкциях над экранирующим покрытием, закрепленным на каркасе и образующим форму антенны, введены новые признаки, а именно акустические приемники установлены на металлические ленты, которые проложены по экранирующему покрытию, закрепляемому на каркасе, а ленты по концам закреплены к каркасу. При этом ленты растянуты нормируемым усилием N_л на величину ΔL, обеспечивающим за счет упругих свойств ленты постоянное прилегание ее к экранирующему покрытию, что достигается выполнением соотношения при условии d<f и [σ] = Kσ_т, где ΔL = L-L₁ = αR-α(R-d) = α·d L - длина участка ленты, прилегающего к экранирующему покрытию до воздействия гидростатического давления; L₁ - длина участка ленты, прилегающего к экранирующему покрытию при воздействии предельного гидростатического давления; F - площадь поперечного сечения ленты; E - модуль продольной упругости материала ленты; α - центральный угол кривизны поверхности антенны, заключенный между границами экранирующего покрытия, в радианах; d - величина сжатия экранирующего покрытия при предельном гидростатическом давлении;
R - радиус кривизны поверхности экранирующего покрытия до воздействия гидростатического давления;
f - стрела к хорде, проведенной между крайними точками экранирующего покрытия до воздействия гидростатического давления;
[σ] - допускаемое нормальное напряжение в поперечных сечениях ленты;
σ_т - предел текучести материала ленты;
K - коэффициент запаса прочности.

Авторам неизвестны технические решения, содержащие признаки, отличающие предложенное устройство от прототипа, что позволяет считать его соответствующим критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2 и 3. На фиг. 1 показан фрагмент гидроакустической антенны, на фиг. 2 поперечное сечение гидроакустической антенны, а на фиг. 3 приведена зависимость чувствительности антенны от расстояния центров приемников до поверхности "мягкого" экрана и длины волны.

Гидроакустическая антенна содержит каркас 1, экранирующее покрытие 2, металлические ленты 3 с закрепленными на них акустическими приемниками 4, линии электрических коммуникаций 5 и натяжные болты 6.

В качестве приемников использованы пьезокерамические круглые пластинчатые приемники диаметром 90 мм и толщиной 30 мм. Их центры отстоят от ленты на расстояние 30 мм. Ориентировочный радиус каркаса 6 м, толщина экранирующего покрытия, выполненного из резины с каналами, составляет 100 м.

Кроме того, на фиг. 2 обозначено:
- пунктирной линией "Б" граница, до которой перемещается поверхность "В" (на величину d) при сжатии экранирующего покрытия от воздействия предельного гидростатического давления;
- центральный угол α, заключенный между границами экранирующего покрытия;
- радиус кривизны R поверхности экранирующего покрытия до воздействия гидростатического давления;
- стрела к хорде f, проведенной между крайними точками экранирующего покрытия до воздействия гидростатического давления.

При монтаже антенны ленты 3 с закрепленными на них приемниками 4 натягиваются натяжными болтами 6 нормируемым усилием N_л. Соотношение между величиной N_л и параметрами ленты определяется выражением (1) (см. А.В. Дарков, Г.С. Шпиро. "Сопротивление материалов", изд. "Высшая школа", Москва, 1969).

При воздействии на антенну гидростатического давления экранирующее покрытие сжимается, но уменьшаются по длине и предварительно растянутые ленты 3, обеспечивая постоянное прилегание их к поверхности "В" экранирующего покрытия.

Технико-экономический эффект от использования предложенной антенны заключается в том, что по сравнению с прототипом конструкция антенны обеспечивает:
- неизменность расстояния центров приемников до поверхности экранизирующего покрытия при воздействии переменного гидростатического давления, что не изменяет чувствительности антенны от этого фактора. Технический эффект от использования изобретения может быть пояснен с помощью фиг. 3, где приведена зависимость чувствительности антенны γ_a от волнового расстояния центров приемников до поверхности "мягкого" экрана h/λ.
В соответствии с предложением центры приемников как в антенне-прототипе, так и в предлагаемой антенне, всегда отстоят от поверхности "мягкого" экрана по крайней мере на половину габаритного размера приемника. Для реальных экранов, например, для экрана из резины с цилиндрическими каналами толщиной 100 мм изменение его толщины при воздействии гидростатического давления 4,0 МПа (40 кгс/см²) составит 38 мм. На частоте 1 кГц это приведет к изменению чувствительности антенны в конструкции прототипа на 15%, а на частоте 5 кГц - на 30%.

В предлагаемой конструкции чувствительность антенны на всех частотах не будет зависеть от давления, что и подтверждает достижение заявленного положительного эффекта. Эффективность предложенной антенны повышена также за счет того, что заявленная конструкция обеспечивает:
- непрерывность экранирующего покрытия (без зазоров и отверстий), что повышает эффективность экранирующего действия покрытия;
- увеличение защищенности приемников от вибрационной помехи, так как отсутствует жесткое, непосредственное их закрепление на каркасе.

Ленты, с закрепленными на них приемниками, плотно прижаты к экранирующему покрытию, выполняющему как бы роль амортизатора.

Формула изобретения

Гидроакустическая антенна выпуклой формы, состоящая из акустических приемников, установленных на несущих конструкциях над экранирующим покрытием, закрепленным на каркасе, образующем форму антенны, и линий электрических коммуникаций, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности антенны и уменьшения влияния на ее параметры переменного гидростатического давления, несущие конструкции выполнены в виде металлических лент, предварительно растянутых нормированным усилием и концами прикрепленных к каркасу, при этом ленты повторяют форму каркаса, а их размеры связаны соотношением
F/L = N_л/(E·α·d),
где F - площадь поперечного сечения ленты;
L - длина ленты между границами экранирующего покрытия;
N_л - усилие предварительного натяжения ленты;
Е - модуль продольной упругости материала ленты;
α - центральный угол кривизны поверхности антенны в радианах, заключенный между границами экранирующего покрытия;
d - деформация экранирующего покрытия от предельного гидростатического давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3