Многоэлементный линейный модуль гидроакустической приемной антенны

Изобретение относится к гидроакустическим антеннам шумопеленгования и может быть использовано в дискретных линейных или двумерных плоских и криволинейных антенных решетках, в том числе и фазированных. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности в режиме приема и улучшении направленных свойств экранированной гидроакустической приемной антенны из многоэлементных линейных модулей в широком диапазоне частот и повышение помехозащищенности от внешних электромагнитных полей. Многоэлементный модуль гидроакустической приемной антенны содержит набор пьезоэлектрических преобразователей, установленных на оси полимерного шланга, имеющего прямоугольное поперечное сечение и армированного запрессованной в него металлической сеткой. Применены круглые пластинчатые изгибные преобразователи, закрепленные с помощью установленных по контуру резиновых держателей на двух металлических тросах, которые натянуты между концевыми заглушками, закрывающими внутреннюю полость полимерного шланга. Плоские поверхности преобразователей параллельны большим поверхностям полимерного шланга. Внутренняя полость многоэлементного линейного модуля заполнена эластичным компаундом через технологические отверстия в концевых заглушках. Электрические выводы каждого преобразователя имеют попарный повив, и каждая пара заключена в общем электрическом экране. В одной из концевых заглушек размещена контактная колодка, с помощью которой преобразователи соединены с усилительным трактом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гидроакустическим приемным антеннам режима шумопеленгования и может быть использовано в дискретных линейных или двумерных плоских и криволинейных антенных решетках, в том числе и фазированных.

Наиболее распространенная конструкция таких многоэлементных фазированных приемных антенн состоит из набора дискретных [1] гидроакустических преобразователей с индивидуальной герметизацией и герметичными электрическими выводами [2]. При создании крупногабаритных антенн с количеством независимых каналов, измеряемых сотнями и тысячами, такое их построение связано с большими техническими трудностями, к числу которых относится необходимость размещения на поверхности антенны огромного количества герметичных проводов и индивидуальных узлов крепления преобразователей. Значительное упрощение этих проблем достигается при использовании многоэлементных линейных модулей, в которых ряд отдельных преобразователей конструктивно объединен, а электрические выводы осуществляются с помощью многожильного кабеля [3]. В линейном модуле [3] каждый преобразователь снабжен собственным гидроакустическим экраном, а в качестве преобразователей использованы круглые изгибные пластинчатые преобразователи. Такое построение многоэлементных линейных модулей является оптимальным (см. [3]), если конструкция антенны не позволяет использовать общий для всех ее преобразователей акустический экран.

В составе экранированных гидроакустических приемных антенн используют многоэлементные линейные модули, имеющие общий контур герметизации, образованный круглой полимерной трубкой (шлангом). По оси шланга расположены цилиндрические преобразователи. Полимерный шланг заполнен электроизоляционным эластичным материалом. Электрические выводы от всех преобразователей объединены [4, 5]. Такое выполнение многоэлементных линейных модулей позволяет кардинально упростить конструкцию антенны.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является многоэлементная линейная дискретная антенна (многоэлементный линейный модуль) [5]. Линейный модуль-прототип содержит преобразователи в виде цилиндрических воздухозаполненных пьезокерамических элементов с держателями (цилиндрические преобразователи), имеющими центральные отверстия, установленные по оси полимерного шланга, заполненного эластичным компаундом, и линии электрических коммуникаций. Каждый держатель выполнен в виде цилиндра, скрепленного со стороны торцов с торцами соседних пьезокерамических элементов и с несущим тросом, проходящим по оси цилиндрического шланга, и имеет с двух сторон специальные пазы - обнизки, центрирующие цилиндрические преобразователи по их внутреннему диаметру.

Гидроакустическая приемная антенна из таких многоэлементных линейных модулей обычно работает в достаточно высокочастотной полосе рабочего диапазона (используется пульсирующая мода колебаний цилиндрического преобразователя), верхняя частота которого определяется резонансной частотой используемой моды колебаний цилиндрических преобразователей и расстоянием между ними.

Чувствительность цилиндрических преобразователей в режиме приема на частотах ниже резонанса зависит от их диаметра и определяется соотношением [6]

γ_н.г.=g₃₁·r_ср,

где g₃₁ - пьезоконстанта активного материала;

r_ср - средний радиус цилиндрического преобразователя.

Из этого соотношения следует, что увеличение чувствительности цилиндрических преобразователей неизбежно приводит к увеличению их диаметра. В то же время чувствительность и направленные свойства преобразователя в режиме приема вблизи акустического экрана (акустически жесткого или податливого) существенно зависят от волнового расстояния его геометрического центра до экрана [7]. В случае цилиндрических преобразователей минимальное значение этого расстояния соответствует их радиусу и при необходимости увеличения чувствительности будет возрастать. Для формирования удовлетворительной характеристики направленности (ХН) гидроакустической приемной антенны и получения максимальной чувствительности преобразователя в ее составе в широком диапазоне рабочих частот расстояние преобразователя от поверхности жесткого экрана должно быть минимально возможным, а от поверхности мягкого экрана не превышать четверти длины волны звука на верхней границе рабочего диапазона частот. Таким образом, одновременное обеспечение требуемых направленных свойств антенны и максимальной чувствительности в режиме приема при построении экранированных приемных антенн из многоэлементных линейных модулей с цилиндрическими преобразователями [5] практически трудно реализуемо.

Кроме того, многоэлементный линейный модуль-прототип не имеет защиты от внешних помех, вызванных электрическими и магнитными полями.

Задачей изобретения является существенное снижение уровня пороговых акустических сигналов, принимаемых гидроакустической приемной антенной.

Технические результаты изобретения заключаются в повышении чувствительности в режиме приема и улучшение направленных свойств экранированной гидроакустической приемной антенны из многоэлементных линейных модулей в широком диапазоне частот и повышение помехозащищенности от внешних электромагнитных полей. Достижение этих технических результатов и обеспечивает решение задачи.

Для обеспечения указанных технических результатов в многоэлементный линейный модуль гидроакустической приемной антенны, содержащий пьезоэлектрические преобразователи, закрепленные к металлическому тросу и установленные по оси полимерного шланга, заполненного эластичным компаундом и герметизированного по торцам концевыми заглушками, к которым прикреплен металлический трос, а также линии электрических коммуникаций, введены новые признаки, а именно применены круглые изгибные пластинчатые преобразователи, полимерный шланг имеет прямоугольное поперечное сечение и армирован запрессованной в него металлической сеткой, введен второй прикрепленный к концевым заглушкам металлический трос, а круглые изгибные пластинчатые преобразователи закреплены по диаметру к тросам так, что их плоские поверхности параллельны большим сторонам полимерного шланга.

Для дополнительного снижения электромагнитной помехи электрические вывод от каждого круглого изгибного пластинчатого преобразователя имеют попарный повив и каждая пара заключена в общем электрическом экране.

Для упрощения электрического монтажа в одной концевой заглушке размещена контактная колодка, с одной стороны которой подключены выводы от круглых изгибных пластинчатых преобразователей, а с другой стороны - жилы многожильного экранированного герметичного кабеля.

Построение многоэлементного линейного модуля из круглых изгибных пластинчатых преобразователей, толщина которых при той же чувствительности существенно меньше диаметра цилиндрических преобразователей и использование полимерного шланга прямоугольного сечения позволяет минимизировать расстояние предложенного линейного модуля до экрана гидроакустической антенны и тем самым существенно улучшить ее направленные свойства и повысить чувствительность. Армирование полимерного шланга металлической сеткой препятствует изменению его формы (изменению расстояния от приемника до экрана) при заполнении внутренней полости полимерного шланга эластичным компаундом, а также создает электростатический экран, снижающий электромагнитную помеху и электрические наводки. Все это в совокупности обеспечивает снижение уровня пороговых акустических сигналов, принимаемых гидроакустической антенной.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена предлагаемая конструкция многоэлементного линейного модуля.

Предложенный многоэлементный линейный модуль содержит набор круглых изгибных пластинчатых преобразователей 1, установленных на оси полимерного шланга 2, прямоугольного сечения с запрессованной металлической сеткой 3 и заполненного эластичным компаундом. Круглые изгибные пластинчатые преобразователи 1 закреплены с помощью специально установленных по контуру резиновых держателей 4 на двух металлических тросах 5, которые натянуты между концевыми заглушками 6, закрывающими внутреннюю полость полимерного шланга. Плоские поверхности преобразователей 1 параллельны большим поверхностям полимерного шланга 2. Концевые заглушки 6 имеют специальные технологические отверстия 7 для заливки внутренней полости мгогоэлементного линейного модуля эластичным компаундом. Линии электрических коммуникаций 8 внутри многоэлементного линейного модуля выполнены проводом с попарным повивом в экране. Преобразователи 1 многоэлементного линейного модуля соединены с усилительным трактом кабелем 9 с помощью контактной колодки 10, размещенной в одной из концевых заглушек 6. Преобразователи 1 в многоэлементном линейном модуле могут иметь самостоятельные электрические выводы или объединяться в группы в зависимости от условий конкретного использования. Круглые изгибные пластинчатые преобразователи могут быть выполнены, например, так, как описано в [6].

Работа многоэлементного линейного модуля гидроакустической приемной антенны происходит следующим образом. Под действием акустической волны в водной среде пластины приемника 1 совершают изгибные колебания, которые вследствие прямого пьезоэффекта преобразуются в электрический сигнал, который по проводам 9 и кабелю 10 поступает на вход усилительного тракта.

Испытания многоэлементного линейного антенного модуля, проведенные в реальных условиях, показали, что при подключении электростатического экрана (металлической сетки) уровень электрических шумов снижается на 40-60 дБ во всем рабочем диапазоне частот.

Кроме того, применение армированного металлической сеткой полимерного шланга прямоугольного сечения в сочетании с преобразователем, в котором используются изгибные колебания пластин, позволяет существенно улучшить ХН антенны на высоких частотах вследствие малого поперечного размера преобразователя, определяющего его расстояние до акустического экрана. Особенно это относится к случаям, когда в качестве акустического экрана используются непосредственно корпусные конструкции корабля-носителя.

Из изложенного следует, что предложенная конструкция многоэлементного линейного антенного модуля решает поставленную задачу снижения уровня пороговых акустических сигналов, принимаемых гидроакустической приемной антенной.

Источники информации

1. Справочник по гидроакустике. Изд. 2 Л «Судостроение», стр. 172.

2. Роберт Д. «Основы гидроакустики», Л., Судостроение. 1978, стр.47-50.

3. Патент РФ №2167499, кл H 04 R 1/44.

4. Патент РФ №2078484, кл H 04 R 1/44.

5. Патент РФ №2081516, кл Н 04 В 13/00.

6. Б.С.Аронов «Электрические преобразователи из пьезоэлектрической керамики». Л., Энергоатомиздат. 1990 г., стр. 185-194.

7. В.Е.Глазанов «Экранирование гидроакустических антенн» Библиотека инженера-гидроакустика. Л., Судостроение. 1986 г., стр. 125-129.

1. Многоэлементный линейный модуль гидроакустической приемной антенны, содержащий пьезоэлектрические преобразователи, закрепленные к металлическому тросу и установленные по оси полимерного шланга, заполненного компаундом и герметизированного по торцам концевыми заглушками, к которым прикреплен металлический трос, а также линии электрических коммуникаций, отличающийся тем, что применены круглые изгибные пластинчатые преобразователи, полимерный шланг имеет прямоугольное поперечное сечение и армирован запрессованной в него металлической сеткой, введен второй, прикрепленный к заглушкам металлический трос и круглые пластинчатые преобразователи закреплены по диаметру к тросам таким образом, что их плоские поверхности параллельны большим сторонам полимерного шланга.

2. Многоэлементный линейный модуль по п.1, отличающийся тем, что электрические выводы каждого круглого изгибного пластинчатого преобразователя имеют попарный повив и каждая пара заключена в общем электрическом экране.

3. Многоэлементный линейный модуль по п.1, отличающийся тем, что в одной концевой заглушке размещена контактная колодка, с одной стороны которой подключены выводы от круглых изгибных пластинчатых преобразователей, а с другой стороны - жилы многожильного экранированного герметичного кабеля.