МНОГОЭЛЕМЕНТНАЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ АНТЕННА
MULTIELEMENT HYDROACOUSTIC ANTENNA

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию многоэлементных антенн гидроакустических комплексов надводных кораблей и подводных лодок.
Антенны гидроакустических комплексов надводных кораблей и подводных лодок, предназначенных для работы в режиме эхо и шумопеленгования, состоят, как правило, из большого количества преобразователей, электрические выводы которых соединены посредством герметичных кабельных колодок с большим количеством(до нескольких десятков) многожильных кабелей (см. [1] стр.6, 199.). Подобным образом реализуются гидроакустические антенны плоской и цилиндрической формы.
Известна конструкция антенны, в которой отдельные герметичные стержневые преобразователи с передними накладками параллельными рядами установлены на общем основании (см. [2] стр.232 рис.9.3).
Наиболее близкой по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является гидроакустическая антенна [3].
Многоэлементная гидроакустическая антенна [3] содержит основание, на котором параллельными рядами установлены пьезокерамические стержневые преобразователи с передними накладками, и электрические выводы. Основание выполнено из жестко скрепленных между собой пластин, на каждой их которых размещен один ряд стержневых пьезокерамических преобразователей, образующих секцию, при этом передние накладки стержневых пьезокерамических преобразователей каждой секции размещены в отверстиях соответствующей пластины и герметично соединены со стенками отверстий резиновыми развязками-уплотнениями. Каждая пластина, вместе с установленным с тыльной стороны стержневых преобразователей коробчатым кожухом, образует герметичный корпус секции, и каждая секция имеет герметичный электрический вывод.
Недостатком конструкции такой гидроакустической антенны является трудность транспортировки собранной антенны, снабженной несколькими десятками многожильных кабелей большой протяженности, от изготовителя до корабля. Длина каждого кабеля антенны имеет до нескольких десятков метров, а кабелей в антенне десятки, что выливается в сотни метров для всей антенны. Решают эту задачу за счет разъемного соединения каждого кабеля с антенной. Монтаж на корабле таких антенн достаточно сложен, так как требуется контроль электрической изоляции и герметичности каждого стыка (это, как правило, двое суток на каждый стык), а замена какой-либо секции в условиях корабля невозможна. Наличие герметичных электрических разъемов снижает надежность, увеличивает стоимость. Существенным недостатком гидроакустической антенны по патенту [3] является ее неремонтопригодность. В случае выхода из строя отдельных секций антенны невозможна замена отдельных секций на корабле и требуется замена всей антенны целиком.
Задачей заявленного патента является повышение надежности антенны и снижение трудоемкости как при изготовлении, так и при сборочных и монтажных работах на корабле, а также увеличение срока службы за счет ремонта антенны в процессе ее эксплуатации путем замены отдельных секций без разборки всей антенны.
Для решения поставленной задачи в известной многоэлементной гидроакустической антенне, содержащей основание, на котором закреплены секции, в которых размещены стержневые пьезокерамические преобразователи, каждая секция заключена в герметичный корпус и содержит на лицевой стороне пластину, в отверстиях которой установлены передние накладки стержневых преобразователей, герметично соединенные со стенками отверстий резиновыми развязками - уплотнениями, и каждая секция имеет герметичный электрический вывод, введены новые признаки, а именно:
- каждая пластина представляет собой сегмент цилиндрической поверхности высотой h с центральным углом β;
- многоэлементная гидроакустическая антенна выполнена в виде сегмента толстостенного цилиндра толщиной b, где b - радиальный размер секции, высотой nh, где n - количество секций по высоте многоэлементной гидроакустической антенны, и центральным углом α=kβ, где k - количество секций по направляющей цилиндрической поверхности;
- основание многоэлементной гидроакустической антенны выполнено в виде круглого металлического фланца, снабженного стойками, перпендикулярными фланцу и имеющими форму сегмента цилиндрической поверхности конгруэнтной внутренней поверхности секции;
- стойки смещены от края основания на расстояние b;
- корпус каждой секции с ее тыльной поверхности скреплен разъемными соединениями с двумя стойками;
- ширина стойки выполнена достаточной для размещения разъемных соединений;
- электрические выводы от секций выполнены с их тыльной стороны в промежутках между стойками и выведены из антенны через центральное отверстие во фланце.
Наиболее рационально сборка антенны выполняется, если разъемное соединение выполнено резьбовым, для чего в стойках сделаны отверстия, оси которых параллельны основанию, а в корпусах секций выполнены ответные глухие резьбовые отверстия с шагом, соответствующим шагу расположения отверстий в стойках.
Использование предлагаемого изобретения обеспечивает достижение следующих технических результатов:
- возможность формирования цилиндрических антенн из секций как в виде целого полого толстостенного цилиндра, так и его частей как по диаметру, так и по высоте цилиндра;
- возможность испытания каждой секции отдельно и к тому же их раздельная поставка на корабль;
- возможность замены секций в антенне при ее сборке и в период эксплуатации;
- упрощение транспортировки антенны;
- снижение времени монтажа антенны на корабле;
- увеличение срока службы антенны за счет замены любой секции антенны без ее демонтажа.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.
Многоэлементная гидроакустическая антенна (фиг.1) содержит основание 1 в виде круглого металлического фланца, на котором закреплены секции 2, в которых размещены стержневые пьезоэлектрические преобразователи 3 (фиг.2). Каждая секция заключена в герметичный корпус 4. Лицевая сторона секции выполнена в виде пластины 5, в отверстиях 6 которой установлены накладки 7 стержневых пьезокерамических преобразователей. Накладки соединены герметично со стенками отверстий резиновыми развязками-уплотнениями 8. Каждая секция имеет герметичный электрический вывод 9. Каждая пластина представляет собой сегмент цилиндрической поверхности высотой h с центральным углом β. Многоэлементная гидроакустическая антенна выполнена в виде сегмента толстостенного цилиндра толщиной b, где b - радиальный размер секции, высотой nh, где n - количество секций по высоте антенны. В данном примере n=7. Центральный угол антенны 1 α=kβ, где k - количество секций по направляющей цилиндрической поверхности. В данном примере k=3. Основание многоэлементной гидроакустической антенны выполнено в виде круглого металлического фланца 10, снабженного стойками 11, перпендикулярными фланцу. Стойки 11 имеют форму сегмента цилиндрической поверхности конгруэнтной внутренней поверхности секции. Стойки 11 смещены от края основания на расстояние b. Корпус каждой секции с его тыльной поверхности скреплен болтами 12 с двумя стойками. В стойках выполнены отверстия, оси которых параллельны основанию с шагом h1 по высоте стоек. В корпусах секций выполнены ответные глухие резьбовые отверстия с шагом, соответствующим шагу расположения отверстий в стойках. С внутренней стороны стоек каждая секция скреплена с двумя стойками болтами. Ширина стойки выполнена достаточной для размещения болтов. Электрические выводы 9 от секций расположены с их тыльной стороны в промежутках между стойками и выведены из антенны через центральное отверстие во фланце 10.
Антенна поставляется на корабль в разобранном виде: отдельно корпус и секции с кабелями. Каждая секция со своим кабелем представляет собой единое целое. Кабель от каждой секции намотан на свой транспортировочный барабан.
Сборка многоэлементной гидроакустической антенны начинается на корабле с установки и закрепления основания 1. Далее кабель 9 разматывают с транспортировочного барабана и заводят во фланец 10 через его центральное отверстие. Далее устанавливают секции 2, а так как каждая секция выполнена в виде сегмента цилиндрической поверхности, а стойки 11 конгруэнтны внутренней поверхности секции, то место каждой стойки на основании однозначно определено. Секции крепятся с внутренней стороны стоек через сквозные отверстия 12 с помощью болтов, которые входят в глухие резьбовые отверстия секции. Это позволяет заменять секции на любой стадии сборки и при ремонте без разборки всего прибора. Герметичные электрические вывод 9 расположены с внутренней стороны каждой секции в промежутках между стойками, что позволяет прокладывать электрические кабели 9 в центральное отверстие металлического фланца 10.
В процессе эксплуатации для увеличения срока службы антенны дефектная секция может быть демонтирована со своего штатного места и заменена исправной. Это возможно, так как секция имеет форму сегмента толстостенного цилиндра и имеет резьбовое соединение со стойками корпуса.
Многоэлементная гидроакустическая антенна работает следующим образом. В режиме излучения электрическое напряжение подводится к пьезокерамическим преобразователям 3, преобразуется ими в акустические колебания и излучается в водную среду. В режиме приема осуществляется обратный процесс: акустические колебания водной среды принимаются пьезокерамическими преобразователями 3 в электрический сигнал и по кабелям 9 передаются для дальнейшей обработки.
Предложенная конструкция многоэлементной гидроакустической антенны позволяет упростить ее транспортировку до корабля и сборку на нем, что повышает ее технологичность, позволяет снизить стоимость и массогабаритные характеристики. Возможность замены секции непосредственно на корабле повышает ресурс и долговечность без снижения тактико-технических характеристик. Все это позволяет считать технический результат достигнутым.
Источники информации
1. М.Д. Смарышев, Ю.Ю Добровольский «Гидроакустические антенны», Л., 1984.
2. Л. Камп «Подводная акустика», М.,1978.
3. Патент Российской Федерации на полезную модель №18867 по кл. H04R 1/44