ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
ELECTRICAL DISCHARGE ACOUSTIC GENERATOR

Изобретение относится к области акустики и гидроакустики и представляет собой комплексную систему генерирования мощных акустических полей при помощи искровых электрических разрядов в воздушной и водной средах.
Известен импульсный излучатель акустических сигналов, формируемых в водной и воздушной среде («Широкополосный импульсный излучатель направленного действия», патент РФ №2099831, публикация описания 20.12.1997 г.). Излучатель осуществляет преобразование энергии импульсного электрического разряда в энергию акустических волн и представляет собой цепочку последовательно соединенных пар электродов, искровые промежутки между которыми пространственно размещаются в узлах антенной решетки.
Недостатками данной конструкции являются:
- низкая эффективность работы в морской воде;
- отсутствие направленности единичного излучающего элемента;
- отсутствие возможности фокусировки акустических волн в заданной области.
Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является электроразрядный акустический генератор («Средство активной защиты акваторий», патент на полезную модель РФ №33291, публикация описания 20.10.2003 г.), данная конструкция выбрана в качестве прототипа. Полезная модель относится к области устройств для оглушения живых организмов и может быть использована в системах физической защиты различных объектов.
Известный электроразрядный акустический генератор содержит следующие элементы:
- источник электроэнергии;
- блок формирования импульсов, включающий зарядное устройство, конденсаторный накопитель энергии, коммутатор;
- кабельную линию;
- электродную излучающую систему.
Между электродами излучающей системы создается импульсный искровой электроразряд, в результате чего в воде формируется электрогидравлический удар и, как следствие, акустическое излучение.
Недостатками данного устройства являются:
- низкая эффективность работы в морской воде и воздушной среде;
- отсутствие направленности единичного излучающего элемента;
- отсутствие возможности фокусировки акустических волн в заданной области;
- отсутствие возможности осуществления программируемых режимов акустического воздействия.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональности применения электроразрядного акустического генератора за счет обеспечения возможности его работы в различных средах (в том числе в морской воде и в воздухе) и повышение эффективности воздействия на цель за счет создания направленности и фокусировки излучения, а также за счет обеспечения программируемых режимов воздействия.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в электроразрядном акустическом генераторе, включающем источник электроэнергии, блок формирования импульсов с зарядным устройством, конденсаторным накопителем энергии, коммутатором и соединенную с ним через кабельную линию электродную излучающую систему, электродная излучающая система содержит фазированную антенную решетку, состоящую из трубчатых излучателей направленного действия, объединенных с электродами, установленных с возможностью наведения излучения на цель и выполненных из диэлектрического материала или металла; при этом блок формирования импульсов содержит дополнительные автономные конденсаторные накопители энергии и коммутаторы с системой синхронизации их срабатывания, а генератор содержит автоматизированную систему управления и программирования режимов его работы.
Генератор дополнительно может содержать систему принудительного инициирования электрического разряда излучателей, представляющую собой одну из следующих систем: высоковольтную электродную систему на скользящем по поверхности диэлектрика разряде, включаемую в разрядную область излучателей; систему подачи в разрядную область излучателей электрически взрывающихся проводников, твердых или металлизированных диэлектриков; систему впрыска в разрядную область излучателей вязких или проводящих жидкостей, систему нагнетания в разрядную область излучателей воздуха и других газов; систему инжекции в разрядную область излучателей плазменных струй.
Наличие фазированной антенной решетки позволяет осуществлять фокусировку акустического поля в заданной области и создавать пространственно-распределенные барьеры активной физической защиты объектов.
Трубчатые излучатели направленного действия, установленные с возможностью наведения излучения на объект воздействия и объединенные с электродами, дополняют вышеназванные свойства фазированной антенной решетки путем повышения концентрации акустического излучения в заданном направлении.
Выбор материала трубчатых излучателей, материала и конструкции электродов, а также, в случае необходимости, метода принудительного инициирования электрического разряда излучателей связан с условиями конкретного применения генератора: воздушная среда, морская или речная вода. В зависимости от тех или иных условий в качестве материала трубчатых излучателей может быть использована сталь различных марок, а также различные типы стеклопластиков. Электродные системы могут исполняться в одно- и многозазорном вариантах, иметь линейную и коаксиальную конфигурацию.
Дополнительные автономные конденсаторные накопители энергии и коммутаторы с системой синхронизации их срабатывания, а также автоматизированная система управления и программирования режимов работы генератора обеспечивают свойства фазированной антенной решетки фокусировать излучение в заданной области и позволяют осуществлять программируемые режимы воздействия на объект.
Система принудительного инициирования электрического разряда излучателей используется для повышения эффективности воздействия на объект в случае наличия тех или иных условий, затрудняющих развитие искрового разряда (разряд в морской воде, разряд на относительно длинные искровые промежутки и т.п.), путем повышения общей эффективности и стабильности работы генератора. Возможные варианты системы принудительного инициирования обозначены выше.
На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого устройства без системы принудительного инициирования электрического разряда излучателей; на фиг.2 - структурная схема заявляемого устройства, включающего данную систему, где 1 - источник электрической энергии; 2 - блок формирования импульсов, включающий зарядное устройство, конденсаторный накопитель энергии, коммутатор; 3 - кабельная линия; 4 - электродная излучающая система; 5 - автоматизированная система управления и программирования режимов работы генератора; 6 - система принудительного инициирования электрического разряда излучателей.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить электроразрядный акустический генератор, предназначенный для работы в воздушной среде, речной и морской воде, включающий: источник электроэнергии на основе дизельного генератора; блок формирования импульсов, содержащий зарядное устройство, заданное количество автономных конденсаторных накопителей энергии, коммутирующих элементов на основе вакуумных разрядников и систему синхронизации их срабатывания; соединительную кабельную линию с соответствующим количеством кабелей; электродную излучающую систему на основе плоской фазированной антенной решетки, состоящей из трубчатых излучателей направленного действия с электромеханической системой наведения на объект воздействия; автоматизированную систему управления и программирования режимов работы генератора; систему принудительного инициирования электрических разрядов излучателей путем нагнетания воздуха в разрядную область при помощи компрессора для работы в морской воде. Трубчатый излучатель включает в себя стальную цилиндрическую трубу, выполняющую функцию волновода и отрицательного электрода, и штыревой положительный электрод, расположенный внутри трубы на ее оси (коаксиальная система электродов). При этом отдельный автономный конденсаторный накопитель служит источником импульсного питания от одного до нескольких трубчатых излучателей, объединенных электрически последовательно.
Работа генератора осуществляется следующим образом. В соответствии с поступлением соответствующих командных сигналов системы управления 5 происходит запуск системы принудительного инициирования 6 и в разрядную область трубчатых излучателей электродной излучающей системы 4 нагнетается воздух, вытесняя из разрядной области морскую воду (в случае работы генератора в воздушной среде и речной воде необходимость в использовании системы принудительного инициирования отсутствует). При этом происходит наведение трубчатых излучателей на объект воздействия. Система автономных конденсаторных накопителей в блоке формирования импульсов 2 заряжается от источника электроэнергии 1 до требуемого значения напряжения и разряжается через кабельную линию 3 на электродную излучающую систему 4, при этом обеспечиваются необходимые по длительности задержки срабатывания излучателей, формирующих
фазированное излучение и обеспечивающих фокусировку отдельных акустических сигналов на объекте воздействия. При разряде емкостного накопителя на систему электродов происходит образование расширяющегося плазменного поршня, дополнительно ускоряющегося под действием электромагнитного поля разрядного тока. Таким образом, увеличивается коэффициент преобразования электрической энергии в акустическую и, как следствие, эффективность воздействия на цель. Следующий рабочий цикл происходит в соответствии с заданной программой режима работы генератора.
Таким образом, заявляемый генератор позволяет достичь повышения эффективности воздействия на объект за счет создания направленности, фокусировки излучения и обеспечения программируемых режимов воздействия. Дополнительно при использовании изобретения расширяются функциональные возможности применения электроразрядного акустического генератора за счет обеспечения возможности его работы в различных средах (в воздушной среде, речной и морской воде. Предлагаемое изобретение может быть использовано в качестве активной физической защиты различных объектов от правонарушителей, террористов, диверсантов и т.п. в воздушной среде, речной и морской воде.