ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКАЯ ПОДВОДНАЯ АНТЕННА
ELECTROACOUSTIC UNDERWATER ANTENNA

Изобретение относится к электроакустической подводной антенне согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Расположенная на корпусе подводной лодки линейная подводная антенна, известная как бортовая (Flankarray) антенна (DE 3834669 А1), имеет установленное на расстоянии от корпуса подводной лодки преобразующее устройство, с расположенным в собранном положении подводной антенны горизонтально друг за другом с разносом вдоль корпуса подводной лодки множеством гидрофонов и расположенную в направлении падения акустических волн позади гидрофонов изоляционную плиту для экранирования излучаемого от корпуса лодки звука, которая рассчитана по принципу «пружина-масса» и работает в нижнем диапазоне частот как мягкоакустический отражатель. Гидрофоны удерживаются на изоляционной плите посредством оболочечной конструкции, а изоляционная плита закреплена пружинными элементами на поглощающем изгибные волны демпфирующем слое, который соединен с корпусом лодки. Преобразующее устройство механически защищено закрепленной на корпусе лодки оболочкой. Благодаря своей обтекаемой конструкции оболочка обеспечивает одновременно защиту от шумов потока. Сопротивление акустическим волнам оболочки соответствует примерно сопротивлению окружающей воды, вследствие чего демпфирование акустического излучения и коэффициент отражения оболочки для падающих звуковых волн находится на низком уровне. Кроме того, в случае изготовления оболочки из слоистого композита, как это известно из патентной публикации DE 3642747 С2, исключается излучение звуковых помех, вызванных изгибными волнами, обусловленными вибрационным шумом и турболентностями, с оболочки на преобразующее устройство.
Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать относительно недорогую подводную антенну, содержащую лишь небольшое число отдельных деталей, для установки, в частности, на корпусе подводной лодки, в которой (антенне) несущий электронное преобразующее устройство отражатель расположен на достаточно большом расстоянии от антенной опоры, то есть от корпуса лодки, имеет хорошую акустическую развязку от него, а также является в значительной мере устойчивым в отношении ударной нагрузки.
Задача изобретения решается за счет признаков по пункту 1 формулы изобретения.
Электроакустическая подводная антенна согласно изобретению обладает преимуществом, что благодаря двум балансирам (Schwingen), которые простираются соответственно по всей длине отражателя, достигается большое удаление отражателя и хорошая акустическая развязка отражателя от антенной опоры. Требуемый модуль упругости балансиров может быть легко установлен за счет устойчивости формы и прочности материала. Энергия удара падающих на отражатель ударных волн, распределяясь по поверхности балансиров, передается на антенную опору, что обеспечивает ударопрочность конструкции антенны. Посредством различных конструкций форм обоих балансиров можно достичь вертикальную установку отражателя на корпусе подводной лодки при достаточной ударной устойчивости конструкции антенны.
Целесообразные варианты осуществления подводной антенны согласно изобретению с преимущественными усовершенствованиями и улучшениями изобретения вытекают из других пунктов формулы изобретения.
Согласно преимущественному варианту осуществления изобретения балансиры расположены таким образом, что U-образные выемки в обоих балансирах обращены в обратные стороны одна относительно другой. Это конструктивное исполнение балансиров позволяет при достаточной ударной прочности конструкции антенны добиться вертикальной ориентации отражателя на корпусе подводной лодки.
Согласно преимущественному варианту осуществления изобретения промежуточное пространство между верхним и нижним балансиром заполнено телом плавучести, которое с одной стороны простирается до антенной опоры, а с другой стороны заканчивается на расстоянии перед отражателем. При соответствующем конструктивном исполнении тела плавучести, которое преимущественно состоит из окруженного заливочной массой сердечника из жесткого пенопласта, подводная антенна удерживается в весовом отношении по существу нейтрально под водой. Дополнительно, за счет соединения тела плавучести с тыльной частью обоих балансиров может быть создана определенная жесткость между балансирами, что сказывается, в свою очередь, на их свойстве упругости.
Согласно преимущественному варианту осуществления изобретения оба балансира своими задними контактными полками через прокладку в виде упругого слоя, состоящего преимущественно из резиновой пробки, прилегают к антенной опоре и, по меньшей мере, двумя имеющимися в каждой контактной задней полке продольными отверстиями, соответственно, охватывают отстоящий от антенной опоры цилиндрический выступ. В каждый выступ вворачивается один из резьбовых болтов, которые с силовым замыканием закрепляют задние контактные полки на антенной опоре. Между головками резьбовых болтов и контактными полками расположены работающие на поперечное усилие шайбы из армированного стекловолокном пластика, которые по существу без зазора помещены на выступах. Благодаря этой конструктивной установке балансиров на антенной опоре компенсируются допуски в интервале между служащими для крепления балансира выступами, и тем самым облегчается монтаж балансиров. Акустическая развязка балансиров от антенной опоры улучшается при условии, что также между работающей на поперечное усилие шайбой и зажимной металлической шайбой, прижатой головкой болта к работающей на поперечное усилие шайбе, помещена упругая шайба, выполненная предпочтительно из резиновой пробки.
Согласно преимущественному варианту осуществления изобретения фиксация отражателя на передних контактных полках верхнего и нижнего балансира осуществляется посредством привинченных к контактным полкам, состоящих преимущественно из полиамида пластиковых вставок, при этом отражатель зафиксирован на пластиковых вставках с упругим подпружиниванием. Каждая пластиковая вставка имеет прилегающий к передней контактной полке задний участок вставки и концентрично примыкающий к нему передний участок вставки с большим по отношению к заднему участку наружным диаметром. В каждом участке вставки с торцевой поверхности проделано глухое резьбовое отверстие, при этом в глухое резьбовое отверстие заднего участка вставки ввернут проходящий насквозь через переднюю контактную полку балансира винт, а в глухое резьбовое отверстие переднего участка вставки ввернут винт, который проходит насквозь через лежащую на отражателе зажимную шайбу. Вследствие того, что предусмотрены два проделанных в пластиковых вставках отдельных глухих резьбовых отверстия и что сквозное резьбовое сверление оказалось излишним, пластиковая вставка обладает заметно более высокой устойчивостью к поперечным и срезающим усилиям.
Согласно преимущественному варианту осуществления изобретения перед отражателем на его обратной относительно антенной опоры передней стороне установлена акустически прозрачная защитная оболочка, и защитная оболочка закреплена на верхнем и нижнем балансирах. При этом предпочтительно крепление защитной оболочки осуществляется посредством расположенных на балансирах утолщениях, на которых защитная оболочка фиксируется с геометрическим замыканием посредством соответствующей выемки. В утолщения вворачивается винт, который закрепляет защитную оболочку на балансире. При этом преимущественно каждой выемке в защитной оболочке соответствует соосный вырез (углубление) с большим диаметром в свету и в каждый вырез вводится фиксирующий защитную оболочку зажимной винт, посредством которого внутрь пропускается стержень винта. Натянутая на утолщения упругая шайба, преимущественно из резиновой пробки, обеспечивает определенную акустическую развязку защитной оболочки от соответствующего балансира.
Ниже изобретение описывается более детально на основе представленных на чертеже примеров осуществления. В схематичном изображении показаны:
Фиг.1 - разрез смонтированной на антенной опоре электроакустической подводной антенны,
Фиг.2 - вид в перспективе демонтированной с антенной опоры подводной антенны с фиг.1 с удаленной защитной оболочкой и отражателем,
Фиг.3 - увеличенное изображение в разрезе выреза III с фиг.1,
Фиг.4 - увеличенное детальное изображение выреза IV с фиг.1, с частичным разрезом,
Фиг.5 - вырез V с фиг.1 модифицированной в этой зоне подводной антенны,
Фиг.6 - увеличенное детальное изображение выреза VI с фиг.5.
Изображенная схематично на фиг.1 в разрезе электроакустическая антенна закреплена на антенной опоре 11, например, на корпусе подводной лодки. По соображениям изготовления и монтажа подводная антенна имеет в собранном положении ограниченную по горизонтали длину L (фиг.2), например, от одного до двух метров. Для реализации установленной на подводной лодке, как правило, на левом и правом борту боковой антенны несколько таких показанных в разрезе на фиг.1 подводных антенн располагаются по горизонтали в ряд одна возле другой без интервала.
Подводная антенна содержит отражатель 11, который закреплен с акустической развязкой на пружинных элементах на антенной опоре 10. Отражатель 11 выполнен известным способом как система «пружина-масса» и включает, например, как пружину пластину 12 из мягкого материала, а как массу свинцовую пластину 13 в соединении с расположенным перед ней в направлении падения звуковых волн связкой из двух тонких алюминиевых пластин 14, 15 с расположенным между ними гасящим изгибные волны слоем 16, например, из резины. На обратной относительно антенной опоры 10 передней стороне отражателя 11 закреплено известным способом преобразующее устройство 17, состоящее из множества электроакустических преобразователей, преимущественно гидрофонов. При этом имеется ряд вертикально расположенных один ниже другого преобразователей, которые образованы, например, малыми керамическими сферами, заделанными в акустически прозрачную заливочную массу, образуя стержень (stave) 18 преобразователя. Множество стержней 18 расположены друг возле друга с разносом по длине L подводной антенны. Все стержни 18 вверху и внизу закреплены на отражателе 11, что на фиг.1 отдельно не показано.
С целью уменьшения излучаемого антенной опорой 10 вибрационного шума отражатель 11 установлен при помощи пружинных элементов на относительно большом расстоянии от антенной опоры 10. К тому же с целью стабилизации крепления отражателя в отношении ударных волн пружинные элементы содержат верхний упруго подпружиненный балансир 19 и нижний упруго подпружиненный балансир 20. Оба балансира 19, 20 изготовлены из армированного стекловолокном пластика и обладают требуемым модулем упругости благодаря устойчивости формы и прочности материала. Каждый балансир 19, 20 имеет в собранном положении горизонтальную длину L (фиг.2), которая соответствует габариту отражателя 11 в горизонтальном направлении. Каждый балансир 19, 20 содержит переднюю контактную полку 191, соответственно 201, для опирания и крепления на отражателе 11 и заднюю контактную полку 192, соответственно 202, для опирания и крепления на антенной опоре 10. При этом верхний балансир 19 имеет примерно U-образный профиль, а нижний балансир 20 профиль, который состоит из содержащих переднюю или заднюю контактную полку 201 или 202 двух U-образных концевых участков и соединяющего их в одно целое протяженного среднего участка 203. При этом оба балансира 19, 20 расположены таким образом, что U-образные выемки в обоих балансирах обращены в обратные стороны одна относительно другой. Промежуточное пространство между верхним балансиром 19 и нижним балансиром 20 заполнено телом плавучести 21, которое с одной стороны простирается до антенной опоры 10, а с другой стороны заканчивается на некотором расстоянии перед отражателем 11. Тело плавучести 21 прилегает к антенной опоре 10 посредством прокладки в виде упругой пленки 22, например, из резиновой пробки. Расстояние между телом плавучести 21 и отражателем выполнено таким образом, что дно содержащего переднюю контактную полку 191 или соответственно 201 концевого участка верхнего балансира 19 и нижнего балансира 20 свободно от тела плавучести 21. Тело плавучести 21, которое рассчитано так, что вес подводной антенны по существу компенсируется созданным им в воде моментом плавучести, содержит окруженный водоустойчивой и заливочной массой сердечник из твердого пенопласта.
Крепление балансира 19, 20 на антенной опоре 10 осуществляется для каждого балансира 19, 20 по меньшей мере в двух местах крепления задней контактной полки 192 или 202. На фиг.3 изображено в разрезе и с увеличением одно из мест крепления. Антенная опора 10 содержит своего рода выступы 23, которые расположены рядами с разносом в горизонтальном направлении. Соответственно два ряда выступов 23 расположены вертикально один поверх другого на антенной опоре 10. Под выступами 23 понимаются отстоящие от антенной опоры 10, то есть от корпуса подводной лодки, преимущественно цилиндрические крепежные стойки, которые соответственно снабжены резьбовым отверстием 231. Каждая задняя контактная полка 192 или 202 верхнего балансира 19 и нижнего балансира 20 соответственно содержит по меньшей мере два продольных отверстия 24 (фиг.2), которые расположены на том же расстоянии друг от друга, что и выступы 23. Для крепления балансиров 19 или 20 задняя контактная полка 192 или 202 посредством каждого из своих продольных отверстий 24 фиксируется соответственно на одном из выступов 23, при этом вначале вокруг выступов 23 на антенную опору 10 наносится упругий слой 25, предпочтительно резиновой пробки, на который опираются задние контактные полки 192 или 202 для создания определенной акустической развязки. За счет продольных отверстий 24 могут быть компенсированы допуски в интервалах между выступами 23 на антенной опоре 10, с одной стороны, и продольными отверстиями 24 в балансирах 19, 20, с другой стороны. Затем на каждый выступ 23 радиально, по существу без зазора, устанавливают работающую на поперечное усилие шайбу 26. На каждую работающую на поперечное усилие шайбу 26 налагают упругую шайбу 27, преимущественно из резиновой пробки, а на упругую шайбу 27 прижимают зажимную шайбу 28 из металла, преимущественно стальную шайбу, путем завинчивания резьбового болта 29 в резьбовое отверстие 231 выступов 23, пока зажимная шайба 28 не стыкуется с торцевой поверхностью выступа 23. Таким образом каждая задняя контактная полка 192 или 202 балансира 19, 20 крепится с силовым замыканием и акустической развязкой на антенной опоре 10.
Крепление отражателя 11 на передних контактных полках 191 или 201 верхнего балансира 19 и нижнего балансира 20 осуществляется посредством пластиковых вставок 30, которые привинчивают на передние контактные полки 191 и 201. На фиг.4 детально с увеличением показано крепление отражателя 11 на передней контактной полке 191 верхнего балансира 19. Аналогичное крепление отражателя 11 осуществляется также на передней контактной полке 201 нижнего балансира 20. Каждая, изготовленная преимущественно из полиамида, пластиковая вставка 30, которые выполнены, например, цилиндрическими, имеет прилегающий к передней контактной полке 191 задний участок 301 вставки и примыкающий к нему коаксиально как одно целое участок 302 вставки, наружный диаметр которого заметно меньше, чем наружный диаметр заднего участка 301 вставки. В каждом участке 301 или 302 вставки с торцевой стороны проделано глухое резьбовое отверстие 31 или 32. В глухое резьбовое отверстие 31 на заднем участке 301 вставки ввернут своим стержнем 331 винта винт 33 с головкой, который через соответствующее сквозное отверстие 34 (фиг.2) проходит в верхний балансир 19. Каждая передняя контактная полка 191 или 201 верхнего балансира 19 и нижнего балансира 20 имеет расположенные на максимально возможном расстоянии друг от друга два таких сквозных отверстия 34, так что на каждую переднюю контактную полку 191 или 201 привинчены соответственно две пластиковые вставки 30, которые на каждом балансире 19 или 20 отделены одна от другой на максимальное расстояние.
Отражатель 11 имеет возле своих угловых точек в целом четыре ступенчатых в диаметре сквозных канала, посредством которых отражатель 11 установлен и закреплен на пластиковых вставках 30. На фиг.4 детально изображено крепление отражателя 11 на передней контактной полке 191 верхнего балансира 19, и оно применимо ко всем точкам крепления отражателя 11.
Сквозной канал 35 имеет задний участок 351 канала большего диаметра, который охватывает с небольшим зазором задний участок 301 пластиковой вставки 30, и расположенный напротив первого передний участок 352 канала меньшего диаметра, который в свету заметно превышает наружный диаметр переднего участка 302 вставки. Между задним участком 351 канала и передним участком 352 канала выполнен радиальный буртик 353, которым отражатель 11 посредством прокладки упругой шайбы 37 установлен на окружающую передний участок 302 вставки кольцевую торцевую поверхность заднего участка 301 вставки. Между передним участком 302 вставки и передним участком 352 канала вставлена упруго подпружиненная втулка 36, которая аксиально зажата между торцевой поверхностью заднего участка 301 вставки и зажимной металлической шайбой 38. Зажимная шайба 38 зафиксирована на торцевой поверхности переднего участка 302 вставки посредством винта 39 с головкой, стержень 391 которого проходит через зажимную шайбу 38 и ввернут в глухое резьбовое отверстие 32 переднего участка 302 вставки. При этом зажимная шайба 38 радиально выступает за втулку 36 и поджимает упругую шайбу 40 к отражателю 11. Обе упругие шайбы 37, 40 изготовлены преимущественно из резиновой пробки.
На обратной относительно антенной опоры 10 передней стороне перед сконструированным таким образом и закрепленным на антенной опоре 10 отражателем 11, с установленным впереди него преобразующим устройством, расположена акустически прозрачная защитная оболочка 41. Защитная оболочка 41 представляет собой оболочку из композитного материала из двух наружных слоев 411 из армированного стекловолокном пластика и расположенного между ними заметно более толстого резинового слоя 412 (фиг.6), которая закреплена на обоих балансирах 19, 20. Как изображено на фиг.1, защитная оболочка 12 закреплена на свободном конце задней контактной полки 192 верхнего балансира 19 и на среднем участке 203 нижнего балансира 20. В обоих случаях установка осуществляется по типу так называемой «шпунтовой стенки», при этом отформованные соответственно на балансирах 19, 20 и на защитной оболочке зоны соединяются между собой с геометрическим замыканием. В изображенном на фиг.1 примере осуществления на балансирах 19 или 20 приформована фасонная головка 42, которая заключена в отформованный в защитной оболочке 41 кожух или лоток 43. На нижнем балансире 20 прикреплена также съемная крышка 44, которая зафиксирована с одной стороны на защитной оболочке 41 и с другой стороны на свободном конце задней контактной полки 202 нижнего балансира 20 и замыкает U-образную выемку задней U-образной концевой зоны нижнего балансира 20. Замкнутое защитной оболочкой 41 с крышкой 44 и антенной опорой 10 пространство, в котором заключены отражатель 11 с преобразующим устройством 17 и система балансиров с телом плавучести 21, запрессовано (ist geflutet).
В изображенном на фиг.5 вырезе подводной антенны изменено лишь крепление защитной оболочки 41 на балансирах 19, 20. В остальном представленная там в общих чертах подводная антенна согласуется с описанной на фиг.1, так что одинаковые детали обозначены одинаковыми позициями.
В примере осуществления с фиг.5 фиксация защитной оболочки 41 на балансирах 19, 20 осуществляется при помощи приформованных на балансирах утолщений 45, на которых защитную оболочку 41 соответственно фиксируют с геометрическим замыканием посредством выемки 45. На фиг.6 изображено в разрезе и с увеличением крепление защитной оболочки 41 на задней контактной полке 192 верхнего балансира 19. Это крепление соответствует в равной степени фиксации защитной оболочки 41 на среднем участке 203 нижнего балансира 20. Обращенная к утолщению 45, охватывающая ее с геометрическим замыканием выемка 46 в защитной оболочке 41 переходит в больший в диаметре соосный вырез 47, так что в защитной оболочке 41 образуется ступенчатое в диаметре сквозное отверстие. На утолщение 45 натягивают упругую шайбу 48, преимущественно из резиновой пробки, и защитная оболочка выемкой 46 вдавливается с геометрическим замыканием на утолщение 45, так что защитная оболочка 41 посредством упругой шайбы 48 стыкуется с задней контактной полкой 192 верхнего балансира 19. В вырез 47 вставляют с геометрическим замыканием зажимную шайбу 49 из металла, которая снабжена центральным сквозным отверстием 491 со скосом под потайную головку винта 50. Вставленный своим стержнем 501 в сквозное отверстие 491 винт 50 с потайной головкой вворачивают в предусмотренное в утолщении 45 резьбовое глухое отверстие 51 и фиксируют таким образом зажимную шайбу 49 на торцевой поверхности утолщения 45, при этом зажимная шайба 49 посредством упругой шайбы 48 поджимает защитную оболочку 41 к задней контактной полке 192 верхнего балансира 19.
Все указанные в предыдущем описании, а также в пунктах формулы изобретения признаки могут быть использованы согласно изобретению как каждый в отдельности, так и в любой комбинации друг с другом. Поэтому изобретение не ограничивается описанными или заявленными комбинациями признаков. Более того, все комбинации отдельных признаков следует рассматривать раскрытыми в изобретении.