АНТЕННАЯ СИСТЕМА ДОПЛЕРОВСКОГО ЛАГА И ЭХОЛОТА

Настоящая полезная модель относится к области конструирования гидроакустической аппаратуры, в частности, антенных устройств доплеровских лагов и эхолотов.
Гидроакустические навигационные системы [1], использующиеся на надводных судах и подводных аппаратах (носителях указанных систем), в минимальной комплектации состоят из гидроакустического лага, обеспечивающего измерение скорости движения носителя, и навигационного эхолота, обеспечивающего измерение глубины под носителем, знание которой необходимо в первую очередь для обеспечения безопасности носителя.
Наибольшее промышленное распространение получили доплеровские лаги, работа которых основана на эффекте Доплера [2, 3]. В таких лагах для измерения продольной и поперечной составляющих скорости носителя антенными устройствами формируются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях по две характеристики направленности с шириной главного максимума 2-6°, оси которых в эксплуатационном положении наклонены на определенный угол относительно горизонтальной плоскости (сдвоенная схема «Янус»).
При относительно высокой (порядка 300 кГц и более) рабочей частоте лага для формирования указанных характеристик направленности используется сочетание четырех (по числу характеристик направленности) плоских электроакустических преобразователей [2]. Каждый преобразователь совместно с элементами его экранировки, элементами герметизации и линией электрических коммуникаций (электрическими выводами) обеспечивает пространственно-избирательное излучение и прием звука в воде на рабочей частоте лага и, соответственно, представляет собой гидроакустическую антенну [1, 4]. Совместно эти антенны образуют антенное устройство лага [3], которое обеспечивает формирование четырех характеристик направленности и их необходимое положение в водном пространстве.
Сравнительно малые размеры, которые имеют преобразователи и, соответственно, антенны на указанных частотах, позволяют скомпоновать преобразователи (антенны) в одном антенном устройстве доплеровского лага, имеющем общий корпус (несущий элемент конструкции), при этом необходимая ориентация характеристик направленности осуществляется путем установки преобразователей (антенн) под соответствующими углами [3].
Гидроакустическая антенна навигационного эхолота, предназначенная для работы на относительно высокой частоте, представляет собой устройство, которое содержит плоский электроакустический преобразователь, элементы герметизации, несущие элементы конструкции и линию электрических коммуникаций. Такая антенна формирует характеристику направленности, ось которой в эксплуатационном положении перпендикулярна к горизонтальной плоскости и направлена в сторону дна.
Из вышесказанного следует, что при использовании известного построения антенного устройства доплеровского лага и антенны навигационного эхолота для обеспечения работы навигационного комплекса необходима установка на носителе комплекса двух отдельных антенных устройств - лага и эхолота. Соответственно, необходимо выделение мест для их установки и прокладка соответствующего количества линий электрических коммуникаций (кабельных трасс), обеспечивающих связи этих устройств с аппаратными частями лага и эхолота. Это создает ряд затруднений, особенно на подводных аппаратах, где аппаратные части располагаются в герметичных контейнерах.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание антенной системы доплеровского лага и эхолота как единого устройства, элементами которого являются антенны доплеровского лага, антенна эхолота, электрический вывод и корпус с крышкой, при этом необходимое взаимное расположение антенн обеспечивается геометрической формой корпуса.
Технический результат достигается тем, что антенная система доплеровского лага и эхолота содержит четыре антенны доплеровского лага, антенну эхолота, полый корпус, крышку и общий электрический вывод указанных антенн (вывод антенной системы) в виде многожильного кабеля или соединителя с достаточным количеством контактов, корпус имеет основание в виде кругового цилиндра и четыре симметричные плоские боковые грани, расположенные под одинаковыми углами к плоскости направляющей указанного цилиндра, корпус имеет также плоскую торцевую грань, параллельную плоскости направляющей указанного цилиндра, в каждой из боковых граней выполнено отверстие, в котором установлена одна из антенн доплеровского лага так, что ее рабочая поверхность параллельна плоскости этой грани, в торцевой грани выполнено отверстие, в котором установлена антенна эхолота так, что ее рабочая поверхность параллельна плоскости этой грани, каждая из антенн герметизирована полимерным материалом, крышка прикреплена к основанию, электрический вывод антенной системы проложен через крышку, полость, образованная корпусом и крышкой, заполнена герметизирующим антенную систему полимерным материалом, в котором электрические выводы антенн лага и антенны эхолота подсоединены к электрическому выводу антенной системы.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков и проявляющимся при использовании заявляемой полезной модели, является уменьшение количества устанавливаемых на носителе доплеровского лага и эхолота антенных устройств и кабельных трасс.
Полезная модель поясняется чертежами и фотографией.
На Фиг. 1 изображена заявляемая полезная модель в разрезе, на Фиг. 2 изображен вид заявляемой полезной модели со стороны рабочих поверхностей антенн, на Фиг. 3 приведена фотография антенной системы, изготовленной заявителем в соответствии с настоящей полезной моделью.
Антенная система содержит четыре антенны 1 доплеровского лага и антенну 2 эхолота. Корпус антенной системы имеет основание 3, наружная поверхность которого выполнена в виде кругового цилиндра. На корпусе имеются четыре симметричные плоские боковые грани 4, расположенные под одинаковыми углами к плоскости направляющей цилиндрического основания, и плоская торцевая грань 5, параллельная плоскости направляющей основания.
В каждой из плоских боковых граней 4 имеется отверстие, в котором установлена одна из антенн 1 лага таким образом, что ее рабочая поверхность, через которую производится излучение и прием звука, параллельна плоскости этой грани.
В плоской торцевой грани 5 имеется отверстие, в котором установлена антенна 2 эхолота таким образом, что ее рабочая поверхность параллельна плоскости этой грани.
Крышка 6 прикреплена к основанию 3 корпуса (элементы крепления на рисунках не показаны).
Электрический вывод 7 антенной системы, предназначенный для ее связи с аппаратными частями лага и эхолота, проложен через крышку 6. В качестве вывода может использоваться многожильный кабель или соединитель с достаточным количеством контактов.
Полость, образованная корпусом и крышкой, заполнена полимерным материалом 8, обеспечивающим герметизацию антенной системы.
Электрические выводы 9 антенн лага и антенны эхолота, схематически показанные на Фиг. 1 пунктиром, подсоединяются к электрическому выводу антенной системы в заполняющем полость полимерном материале 8 (соединения производятся до заполнения полости).
Герметизация антенн лага и эхолота может производиться либо полимерным материалом индивидуально до установки антенн в антенную систему, либо совместно тем же полимерным материалом, которым заполняется полость антенной системы.
Крышка 6 может быть герметично соединена непосредственно с контейнером, содержащим аппаратные части лага и эхолота, при этом предпочтительным является использование вывода антенной системы в виде соединителя.
Если антенная система и аппаратные части лага и эхолота разнесены, то вывод антенной системы выполняется в виде многожильного кабеля, который может быть введен в полость через крышку или иметь герметичный соединитель, ответный к герметичному соединителю, проложенному через крышку.
Корпус антенной системы может изготавливаться как из металла, так и из неметаллического материала. Основание и граненая часть корпуса могут быть выполнены либо из цельного материала, как это показано на Фиг. 1, либо как две детали, соединяемые посредством сварки или склейки.
Для уравнивания наружного гидростатического давления и давления в заполняющем полость полимерном материале (компенсации гидростатического давления [3, 4]) могут использоваться отверстия, выполненные в цилиндрической части корпуса и (или) в крышке, через которые наружное давление передается в полимерный материал (отверстия на рисунках не показаны). Эти же отверстия могут использоваться для заполнения полости полимерным материалом.
Указанные особенности конструкций не влияют на возможность использования заявляемой модели.
Заявляемая антенная система работает следующим образом.
Л изл
Л пр
Л изл
Л изл
Л пр
В режиме излучения лага при подведении от его аппаратной части к антеннам 1 через вывод антенной системы и подсоединенные к нему выводы антенн 1 электрического напряжения частоты F в воду излучаются гидроакустические сигналы той же частоты. В режиме приема поступившие к антеннам 1 отраженные от дна гидроакустические сигналы преобразуются антеннами в электрические сигналы частоты F, которая вследствие влияния эффекта Доплера отличается от частоты F на величину, зависящую от скорости движения носителя антенной системы. Эти сигналы транслируются через выводы антенн и вывод антенной системы в аппаратную часть лага, где разность между частотами F и F (доплеровское смещение частоты) используется для определения скорости носителя антенной системы.
Э
В режиме излучения эхолота при подведении от его аппаратной части к антенне 2 через вывод антенной системы и подсоединенные к нему выводы антенны 2 электрического напряжения частоты F в воду излучаются гидроакустические сигналы той же частоты. В режиме приема поступившие к антенне 2, отраженные от дна гидроакустические сигналы преобразуются антенной в электрические сигналы, транслирующиеся в аппаратную часть эхолота, где измеряется промежуток времени между временами излучения и приема гидроакустических сигналов, использующийся для определения глубины под антенной 2 (при известной скорости звука в воде).
В соответствии с заявляемой полезной моделью заявителем изготовлена гидроакустическая антенная система, предназначенная для использования в навигационном комплексе, состоящем из доплеровского лага с рабочей частотой 565 кГц и эхолота с рабочей частотой 295 кГц, фотография которой приведена на Фиг. 3. Наружный диаметр цилиндрического основания указанной системы - 200 мм, угол между плоскими боковыми гранями и плоскостью направляющей основания составляет 22°. Изготовленная система успешно прошла лабораторные и морские испытания в составе навигационного комплекса.
Полезная модель может найти применение при разработке антенных устройств гидроакустических навигационных систем, в состав которых входят доплеровские лаги и эхолоты.
Источники информации:
1. Р.Х. Бальян, Э.В. Батаногов, А.В. Богородский и др. «Терминологический словарь - справочник по гидроакустике». - Л.: Судостроение, 1989.
2. В.И. Бородин, Г.Е. Смирнов, Н.А. Толстякова, Г.В. Яковлев. «Гидроакустические навигационные средства». - Л.: Судостроение, 1983.
3. К.А.Виноградов, В.Н. Кошкарев, Б.А. Осюхин, А.А. Хребтов. «Абсолютные и относительные лаги. Справочник». - Л.: Судостроение, 1990.
4. М.Д. Смарышев, Ю.Ю. Добровольский. «Гидроакустические антенны. Справочник». - Л.: Судостроение, 1984.