Шумопеленгаторная станция для подводной лодки
LISTENING SUBMARINE SONAR

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам и устройствам обнаружения морских целей по их шумоизлучению в низком звуковом и инфразвуковом диапазонах частот.
Одним из условий обеспечения боевой устойчивости подводной лодки (ПЛ) является своевременное обнаружение и классификация торпед и противолодочных вертолётов и самолетов (далее воздушных целей) во всем круговом секторе курсовых углов и углов места. Поскольку характерные классификационные признаки торпед и воздушных целей находятся в области низких звуковых и инфразвуковых частот (ниже 500 Гц), на подводных лодках для решения этой задачи используется шумопеленгаторная станция (ШПС) с гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА) [1]. На фиг.1 изображена кормовая оконечность ПЛ с выпущенной ГПБА.
Кроме решения задачи обнаружения целей в низком звуковом диапазоне частот, ШПС с ГПБА обеспечивают обзор пространства в кормовых курсовых углах, затененных для ШПС с корабельными носовыми гидроакустическими антеннами.
Однако ШПС с ГПБА имеет ряд отдельных недостатков, влияющих на эффективность ее использования.
В качестве прототипа выбрана ШПС, описанная в патенте на полезную модель [2]. Для устранения недостатков а также для пассивного определения дистанции до цели триангуляционным методом в низком звуковом диапазоне частот в данной полезной модели предложено дополнительно к ГПБА вдоль обоих бортов ПЛ устанавливать линейные протяженные антенны (в дальнейшем будем называть их линейными протяженными бортовыми антеннами или сокращённо ЛПБА). Схематично ЛПБА правого борта показана на фиг.2.
На фиг.3 приведена блок-схема устройства-прототипа. Она включает:
- две ЛПБА 2, устанавливаемые вдоль правого и левого бортов ПЛ соответственно;
- два блока 3 передачи сигналов в прочный корпус ПЛ, подключённых к выходам ЛПБА 2 правого и левого бортов;
- два блока 4 обработки сигналов, подключённых к блокам 3 передачи сигналов в прочный корпус ПЛ правого и левого бортов;
- устройство 5 отображения результатов обработки cигналов и управления ШПС, подключённое к выходам блоков 4 обработки сигналов правого и левого бортов ПЛ.
Работа заявляемой в [2] ШПС выглядит следующим образом. ЛПБА 2 правого и левого бортов принимают гидроакустические сигналы в низком звуковом и инфразвуковом диапазонах частот и через блоки передачи сигналов в прочный корпус 3 передают их на вход блока 4 обработки сигналов, где путём формирования характеристик направленности антенны формируется распределение по пеленгам энергии сигналов, принятых антеннами правого и левого бортов. Сформированные распределения для правого и левого бортов совместно отображаются на индикаторе устройства 5 отображения результатов обработки сигналов и управления ШПС. Оператор ШПС, визуально анализируя распределения по пеленгам энергии сигналов, принятых ЛПБА правого и левого бортов, осуществляет обнаружение целей и определение их пеленгов.
В силу крепления ЛПБА к корпусу ПЛ их форма не меняется при маневрировании ПЛ, что обеспечивает постоянную эффективную работу ШПС. Наличие ЛПБА не накладывает ограничений на скорость ПЛ. Экранирование ЛПБА корпусом ПЛ ограничивает сектор обзора каждой ЛПБА в горизонтальной плоскости и тем самым обеспечивает однозначное определение пеленга обнаруженной цели.
Необходимо отметить, что конструкция ЛПБА ни в работе [2], ни в других доступных источниках не описана. Вместе с тем, установка вдоль бортов ПЛ предъявляет к ЛПБА ряд специфических требований. В частности:
- ЛПБА должна иметь высокую виброустойчивость по отношению к вибрациям корпуса ПЛ, передающимся на ЛПБА через элементы её крепления к борту ПЛ;
- для одновременного освещения всей полусферы, ограниченной корпусом ПЛ, гидроакустические приёмники (ГАП), входящие в состав ЛПБА, должны иметь сферическую характеристику направленности (ХН), становящуюся полусферической при установке ГАП на борт ПЛ вследствие экранировки бортом ПЛ;
- ЛПБА должна быть накрыта обтекателем, обладающим высокой звукопрозрачностью и достаточной механической прочностью;
- должны быть приняты меры, исключающие электрические и электромагнитные наводки на кабель, соединяющий ЛПБА с блоком обработки сигналов, располагающимся в прочном корпусе ПЛ.
Решаемая техническая проблема - повышение эксплуатационных характеристик шумопеленгаторной станции с ЛПБА для подводного аппарата, предназначенной для обнаружения целей в низком звуковом и инфразвуковом диапазонах частот.
Технический результат - обеспечение работоспособности ЛПБА при воздействии корабельных шумов, вибраций и наводок.
Конструкция заявляемого устройства проиллюстрирована на фиг. 4-7.
Краткое описание чертежей:
1 - ГПБА;
2 - ЛПБА;
3 - блок передачи сигналов в прочный корпус;
4 - блок обработки сигналов;
5 - устройство отображения результатов обработки сигналов и управления ШПС;
6 - виброизолирующий слой;
7 - герметичная камера с полимерным заполнителем "Гелур";
8 - гидроакустический приёмник (ГАП);
9 - резиновый обтекатель (далее - обтекатель);
10 - гидроакустическое покрытие ПЛ;
11 - пьезокерамические преобразователи;
12 - фланцы ГАП;
13 - крепежная подложка для пьезокерамических преобразователей.
14 - корпусная часть ЛПБА;
15 - опора крепления;
16 - направляющая;
17 - кабель с электрическими и оптическими жилами;
18 - бонка;
19 - блок предварительной обработки сигналов.
ЛПБА (фиг.4 и 7) состоит из приёмной части, соединённой при помощи бонок 18 с бортом ПЛ через виброизолирующий слой 6 и резиновый обтекатель 9.
В состав приёмной части ЛПБА каждого борта ПЛ входят (фиг.7) гидроакустические приемники 8 (конструкция одного ГАП показана на фиг.5), с использованием проложенного вдоль борта ПЛ кабеля с электрическими и оптическими жилами 17, подключенные к блоку предварительной обработки сигналов 19, которые, в свою очередь, подключены к устройству передачи сигналов в прочный корпус 4.
ГАП 8 (фиг.5) представляет собой помещённый в герметичную камеру с полимерным заполнителем "Гелур" 7 конструкцию из двух пьезокерамических преобразователей 11, соединённых таким образом, что их оси взаимно перпендикулярны.
Блок предварительной обработки сигналов 19 является радиоэлектронным устройством, осуществляющим усиление, частотную фильтрацию и аналого-цифровое преобразование сигналов, поступающих с выхода ГАП 8.
Указанный технический результат достигается следующими техническими решениями.
1) Для обеспечения сферической характеристики направленности каждый ГАП 8, входящий в состав ЛПБА 2, представляет собой конструкцию из двух пьезокерамических преобразователей 11, соединённых таким образом, что их оси взаимно перпендикулярны (фиг.5). В результате этого ГАП 8 становятся ненаправленными (всенаправленными) в обеих плоскостях. В качестве иллюстрации на фиг.6 приведены измеренные в гидроакустическом бассейне характеристики направленности ГАП в горизонтальной и вертикальной плоскостях на частоте 3,15×f0 (где f0 - некоторая частота приведения), которые подтверждают всенаправленность ГАП.
2) Для придания ГАП высокой виброустойчивости по отношению к вибрациям корпуса ПЛ:
- ЛПБА 2 крепятся к корпусу ПЛ через виброизолирующий слой 6 (фиг.4 и 7);
- ГАП 8 помещён в герметичную камеру с полимерным заполнителем 7 (фиг.4 и 7).
2
3) В качестве обтекателя 9, обладающего высокой звукопрозрачностью и одновременно механической прочностью, применена резина марки 51-2708 толщиной порядка 50 мм с прочностью 136 кг/см (фиг.4 и 7).
4) Для предотвращения искажений сигналов, принимаемых ГАП 8, вследствие электромагнитных наводок на кабель 17, соединяющий ГАП 8 с устройством обработки сигналов 4, расположенном в прочном корпусе ПЛ, блоки предварительной обработки сигналов 19 встроены в ЛПБА и располагаются в непосредственной близости от ГАП 8 (фиг.4 и 7). Предотвращение искажения сигналов, принимаемых ГАП 8, достигается за счёт их усиления и преобразования в цифровую форму, которая, как известно, не подвержена наводкам, особенно при применении помехоустойчивого кодирования.
Таким образом, заявленный технический результат - обеспечение работоспособности ЛПБА при воздействии корабельных шумов, вибраций и наводок - можно считать достигнутым.
Реализуемость заявляемого изобретения подтверждена созданием макета ЛПБА и его испытаниями.
Источники информации:
1. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы // СПб.: Наука, 2004.
2. Патент РФ №122494.