МНОГОЭЛЕМЕНТНАЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ АНТЕННА

Многоэлементная гидроакустическая
Полезная модель относится к педроакустической технике и может быть использована в гидроакустических станциях (ГАС) как в режиме гидролокации, так и в режиме шумопеленгования.
При разработке гидроакустических антенн необходимо обеспечить требуемые электроакустические параметры и технологичность изготовления с учетом серийности производства.
Комплексный подход к проектированию ГАС зачастую требует разработки антенны с расширенными функциональными возможностями, позволяющими использовать одну конструкцию в различных как активных, так и
пассивных режимах. Повьюить эффективность работы антенны в широком диапазоне частот и улучшить её направленные свойства можно благодаря использованию акустических экранов 1.
Известна конструкция гидроакустической антенны 2, 3, в которой улучшение характеристики направленности достигается путем установки между акустическими преобразователями и стенкой носителя комбинированного экрана, в котором между жесткими пофовными слоями размещен слой демпфирующего материала. Такая конструкция работает достаточно эффективно, однако изготовление анпенн с экраном такого типа достаточно сложно
MnKH04R1/44 антенна
/  -
И трудоёмко, и кроме того при значительных величинах гидростатического давления эффективность экранирования снижается.
В ряде случаев в антеннах применяют однородные акустически жесткие экранирующие конструкции. Так, например, в гидроакустической антенне 4 конструкция звукоизолирующего экрана при одновременном снижении его рабочей частоты позволяет уменьшить и его массу, однако недостаток данного решения сотоит в том, что акустический экран и преобразователи значительно разнесены в пространстве, что приводит к существенному увеличению поперечного размера антенны и усложняет её конструкцию в целом. Конструкция антенны 5 лишена указанного выше недостатка, толщина приемных блоков, составленных из герметичных приемников и акустических экранов невелика, но такая антенна обеспечивает эффективную работу станции только в режиме шумопеленгования.
Известна многоэлементная тдроакустическая антенна, совпадающая с предлагаемой по наибольшему числу общих признаков 6. Антеннапрототип содержит пьезокерамические преобразователи, которые размещены в герметичном металлическом корпусе и крепятся посредством стоек к его основанию, являющемуся отражающим акустическим экраном. Корпус заполнен электроизолирующей жидкостью.
Эта антенна технологична при изготовлении, однако не имеет конструктивных средств, позволяющих влиять на ее эффективность в диапозоне частот ниже резонанса, а другим недостатком конструкции является ограниченность ее размеров. Эффективность антенны в режиме ШП в большой степени определяется ее размером. Изготовление антенны-прототипа
больших размеров в едином корпусе технологически нецелесообразно.
Задачей полезной модели является, создание технологичной эффективной многоэлементной гидроакустической многофункциональной антенны с улучшенными направленными свойствами способной работать как в режиме приема, так и в режиме передачи.
Для решения поставленной задачи в многоэлементную гидроакустическую антенну в герметичном исполнении, содержащую пьезоэлектрические преобразователи и тыльный отражающий акустический экран, введены новые признаки, а именно: антенна выполнена в виде набора модулей, выполненных герметичными и многоэлементными, при этом каждый модуль снабжен тыльным отражающим акустическим экраном, площадь поверхности которого не менее площади апертуры модуля, а форма конгруэнтна форме апертуры модуля, причем модули механически без зазоров жестко зафеплены на введенном дополнительном тыльном экране, выполненном из материала тыльных отражающих акустических экранов модулей, имеющим толщину равную или большую толщины тыльных отражающих акустических экранов модулей, и площадь поверхности не меньшую площади апертуры многоэлементной гидроакустической антенны.
В случае, если размеры пластины столь велики, что выполнение дополнительного тыльного экрана в виде цельной металлической пластины затруднительно, дополнительный экран выполнен составным из скрепленных между собой частей, при этом каждая часть является общей не менее чем для двух закрепленных на ней модулей и имеет площадь поверхности не меньшую площади апертуры этих модулей.
Техническим результатом от использования полезной модели является улучшение частотной характеристики предложенной антенны за счет демпфирования изгиных колебаний, распространяющихся вдоль акустических экранов модулей при возбуждении пьезоэлектрических преобразователей, что в итоге приводит к улучшению характеристик направленности антеннны в целом при работе в активном и пассивном режимах, а кроме этого за счет повышения отражающей способности композитного тыльного экрана антенны благодаря как минимум двукратному увеличению его толщины обеспечивается возможность расширения частотного диапазона в сторону низких частот (использование антенны в дополнительном режиме - ШП), модульное исполнение антенны позволяет повысить технологичность её изготовления и настройки.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, где приведен пример конструкции предлагаемой многоэлементной гидроакустической антенны, состоящей из двух модулей.
Предлагаемая многоэлементная гидроакустическая антенна, включает в себя два идентичных модуля 1, состоящих из пьезоэлектрических преобразователей 2 и тыльного отражающего акустического экрана 3. Пьезоэлектрические преобразователи 2 в модуле размещены параллельными рядами, при этом каждый ряд объединен общим контуром герметизации, образованным полимерной шланговой оболочкой, заполненной электроизолирующим компаундом, и с одной стороны загерметизированной заглушкой, а с противоположной стороны герметичным кабельным вводом 4, через посредство которого электрические выводы от каждого пьезоэлектрического преобразователя 2 объединены многожильным кабелем марки СМПЭВГ 5. Фиксация загерметизированных пьезоэлектрических преобразователей 2 осуществлена гибкими металлическими хомутами 6, которые поджимают их через полимерную оболочку к тыльному отражающему акустическому экрану 3 модуля. Модули тыльными поверхностями отражающих экранов 3 механически без зазоров скреплены болтами 7 с поверхностью дополнительного тыльного экрана 8, выполненного из того же материала, что и тыльные отражающие акустические экраны 3 модулей, и толщиной не менее толщины тыльных отражающих экранов 3 модулей, а границы его совпадают с внешними фаницами тыльных отражающих экранов 3 модулей, установленных на нём. Дополнительный тыльный эфан 8 является также несущей конструкцией, и с его помощью антенна крепится к корпусу носителя, а жесткая плоская поверхность дополнительного тыльного экрана 8 обеспечивает точность установки излучающих поверхностей модулей по отношению к друг другу.
При большем количестве модулей дополнительный тыльный экран выполняется составным из частей, на которых установлены по два модуля 1. Части экрана скрепляют по боковой поверхности.
Механическое скрепление тыльных отражающих экранов 3 модулей с поверхностью дополнительного тыльного экрана 8 позволяет демпфировать нежелательные изгибные колебания, возникающие в тыльных отражпющих экранах 3 модулей, и тем самым улучшить частотную характеристику антенны, что и решает поставленную задачу.
Работа антенны происходит следующим образом. В режиме излучения на блоки преобразователей модулей подается рабочее электрическое
напряжение, которое вызывает колебания поверхностей пьезоэлектрических преобразователей с одной стороны преобразуемые в звуковые колебания, излучаемые в воду, с другой стороны, излучаемые в тыльную сторону, отра жаются экранами модулей, в которых в виду их протяженности (L  Л, где
L - продольный размер отражающего экрана модуля, Л - длина изгибной
волны в тыльном экране модуля) возбуждаются изгибные волны. Взаимодействие акустических экранов модулей с введенным дополнительным экраном обеспечивает демпфирование нежелательных изгибных колебаний, улучшая частотную характеристику антенны и тем самым повышая её эффективность.
При работе в режиме приема происходит преобразование акустической энергии в электрическую, при этом отражающие акустические экраны модулей в совокупности с дополнительным экраном обеспечивают эффективную звукоизоляцию пьезоэлектрических преобразователей от шумов, поступающих от носителя в месте крепления антенны, что и приводит к улучшению характеристики направленности антенны и повышению её эффективной работы в широком диапазоне частот. Заявленная антенна технологична. Её модульное исполнение позволяет формировать апертуры любых заданных размеров.
Источники информации
1 В. Е. Глазанов Эфанирование гидроакустических антенн Л., Судостроение, 1986г. 2 Патент Германия № 4208889 3 Патент США № 5243566 6
4 Патент Германия № 3834669 5 Патент РФ № 2167499
6 А. В. Орлов, А. А. Шабров Расчет и проектирование антенн гидроакустических рыбопоисковых станций М., Пищевая промышленность, 1974г.