СЕКЦИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ

Полезная модель относится к области гидроакустики, а именно, к конструированию многоэлементных цилиндрических антенн гидроакустических комплексов подводных лодок и надводных кораблей.
Антенны гидроакустических комплексов подводных лодок, предназначенные для работы в режимах излучения и приема, состоят из большого количества преобразователей, к каждому из которых подводятся кабели электрических коммуникаций [1].
Наиболее близкой по совокупности признаков к предлагаемой полезной модели является секция гидроакустической антенны, описанная в [2]. Секция содержит один ряд пьезоэлектрических стержневых преобразователей, передние накладки которых установлены в отверстиях плоской пластины и герметично скреплены с ней через резиновые развязки. На наружной поверхности передних накладок и на поверхности общей пластины адгезионно нанесен слой полимера. Все пьезоэлектрические стержневые преобразователи заключены в кожух, герметично соединенный с общей пластиной и образующий с ней единый герметический корпус.
Конструкция такой секции при использовании ее в цилиндрической антенне, имеет ряд существенных недостатков, а именно:
- в цилиндрических антеннах такие секции могут располагаться только вдоль образующей поверхности цилиндра, при этом расстояния I между центрами преобразователей вдоль направляющей цилиндра, расположенных в соседних секциях, будет равно сумме диаметра d наружной накладки преобразователя, удвоенной толщине Δ кожуха, удвоенной толщине зазора ε между накладкой преобразователя и кожухом, технологического зазора δ между секциями, т.е.
I≈d+2(Δ+ε)+δ
Из соображений обеспечения достаточно малых уровней бокового поля в плоскости направляющей цилиндрической поверхности антенны, расстояние I между центрами преобразователей в антенне должно выбираться в пределах I≤(0,5÷0,65)λ, где λ - длина звуковой волны в воде. Для обеспечения удовлетворительной нагрузки преобразователя со стороны среды и уменьшения взаимного влияния преобразователей в антенне значение диаметра наружной накладки преобразователя выбирается обычно в пределах d≤(0,4÷0,6)λ, а толщина кожуха определяется из условий обеспечения прочности конструкции при заданных значениях рабочего гидростатического давления. Поэтому, особенно для секций, работающих на частотах выше 15÷20 кГц при гидростатических давлениях выше 1÷2 МПа, относительный вклад толщины кожуха и зазоров в значении волнового расстояния между преобразователями I, расположенных вдоль направляющей цилиндра, увеличивается, и требование  может стать невыполнимым.
- при использовании секций в цилиндрических антеннах, формирующих характеристику направленности (ХН) некомпенсированным цилиндрическим сектором [1], в котором преобразователи (или группы преобразователей), расположенные вдоль направляющих цилиндра включаются параллельно (или последовательно), существенно увеличивается количество электрических выводов по сравнению с необходимым, в пределе - в n раз, где n - количество секций в секторе, формирующем характеристику направленности.
Техническим результатом настоящей полезной модели является создание цилиндрической гидроакустической антенны со стержневыми пьезоэлектрическими преобразователями, позволяющей реализовать высокое значение коэффициента концентрации и малые уровни бокового поля в плоскостях образующей и направляющей.
Для достижения указанного технического результата в известной секции, содержащей ряд пьезоэлектрических стержневых преобразователей с круглыми передними накладками, установленными в отверстиях общей пластины через резиновые развязки в виде колец, при этом на наружную поверхность общей пластины адгезионно нанесен слой полимера, и все пьезоэлектрические стержневые преобразователи заключены в кожух, герметично соединенный с общей пластиной и образующий с ней единый герметический корпус, введены новые признаки, а именно:
- общая пластина имеет форму сегмента цилиндрической поверхности;
- в секции многоэлементной гидроакустической антенны введены n рядов пьезоэлектрических преобразователей, конструктивно подобных первому;
- пьезоэлектрическое преобразователи четных и нечетных рядов смещены относительно друг друга на половину углового шага Δφ, где Δφ - угловой шаг между стержневыми преобразователями в каждом ряду, при этом расстояния между краями отверстий в каждом ряду и между соседними рядами стержневых преобразователей выбирается минимально возможным;
- электрические выводы от секции многоэлементной гидроакустической антенны расположены в тыльной части секции.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, 2, 3, при этом на фиг. 1, изображен пример конструктивного выполнения заявляемой секции многоэлементной гидроакустической антенны, на фиг. 2 более подробно в разрезе представлена конструкция пьезоэлектрических стержневых преобразователей и элементы его соединения с корпусом секции, на фиг 3 приведены ХН компенсированной секции в горизонтальной плоскости.
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2 заявленная секция многоэлементной гидроакустической антенны содержит два ряда (в общем случае n рядов) пьезоэлектрических стержневых преобразователей 1, передние накладки 2 которых установлены в отверстиях общей пластины 3, имеющей форму сегмента цилиндрической поверхности, через резиновые развязки 4. На наружную поверхность общей пластины адгезионно нанесен слой полимера. Все пьезоэлектрические стержневые преобразователи заключены в кожух, герметично соединенный с общей пластиной, и образующий с ней единый герметический корпус 5. Электрические выводы 6 от секции многоэлементной гидроакустической антенны расположены в тыльной части секции.
Преобразователи первого А и второго Б рядов смещены относительно друг друга на половину углового шага Δφ°, причем угловой шаг Δφ° между пьезоэлектрическими стержневыми преобразователями в каждом ряду одинаков. Смещение преобразователей относительно друг друга позволяет увеличить плотность наполнения секции преобразователями (уменьшить расстояние между рядами) и улучшить акустические характеристики секции (снизить боковое поле в горизонтальной плоскости и увеличить коэффициент концентрации).
n
0
На фиг. 3 приведены ХН компенсированной секции в плоскости направляющей для секции, состоящей из двух рядов преобразователей, при линейном расстоянии между точками пересечения осей соседних стержневых пьезоэлектрических преобразователей внутри каждого ряда с наружной поверхностью общей пластины d=0.72λ, и расстоянием между рядами d=0.5λ.
Кривая 7 - при смещении преобразователей второго ряда относительно первого на Δφ°/2, кривая 8 без смещения преобразователей второго ряда относительно первого. Как видно из фиг. 3 смещение преобразователей второго ряда относительно первого приводит к снижению бокового поля в горизонтальной плоскости на 15-20 дБ и увеличивает коэффициент концентрации на 20-22%.
Работа секции в составе антенны осуществляется следующим образом: в режиме излучения электрические сигналы поступают на кабели каждой секции, затем через жгуты проводов на стержневые пьезоэлектрические преобразователи, которые возбуждаются и излучают требуемые акустические сигналы в среду с рабочей поверхности передних накладок. В режиме приема акустический сигнал из среды принимается пьезоэлектрическими стержневыми преобразователями, в результате чего, на их электрических выводах появляются электрические сигналы, передаваемые по описанной системе проводов и кабелей к приемным устройствам на борту носителя.
Цилиндрические антенны, набранные из заявленных секций, при работе некомпенсированным цилиндрическим сектором, обеспечивают минимальное количество электрических выводов, высокий коэффициент заполнения антенны преобразователями, тем самым увеличивая излучаемую мощность в режиме излучения при заданных габаритах антенны.
Предлагаемая секция многоэлементной гидроакустической антенны представляет собой законченный конструктивный узел, который перед установкой в антенну проходит все необходимые испытания, начиная от проверки электроакустических параметров, заканчивая испытаниями на гидроакустическое давление, после чего секция монтируется на несущую конструкцию антенны.
Секция многоэлементной гидроакустической антенны технологична в изготовлении и может служить основой для разработки гидроакустических антенн различного назначения.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Л.: Судостроение, 1984.
2. Патент РФ на полезную модель №18866