Антенный модуль
ANTENNA MODULE

Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано при разработке и изготовлении корабельных приемных гидроакустических антенн, размещаемых на подводных лодках, надводных кораблях и подводных аппаратах.
Многоэлементные гидроакустические антенны (далее - антенны) состоят из антенных модулей (AM), в совокупности образующих антенную решетку. Каждый AM состоит из одного или нескольких гидроакустических приемников (ГАП) (пьезокерамических, волоконно-оптических, композитных), гидроакустического экрана, линий электрических либо волоконно-оптических коммуникаций и корпуса.
Одним из основных требований к AM гидроакустической антенны, является виброустойчивость ГАП, т.е. их способность надежно принимать слабые сигналы, излучаемые объектами поиска в условиях воздействия корабельных вибрационных помех, передаваемых на ГАП через узлы крепления AM к корпусу корабля.
Для снижения чувствительности ГАП к вибрации применяются различные амортизирующие устройства, обеспечивающие снижение частот собственных колебаний ГАП по сравнению с частотами воздействующих на AM вибрационных колебаний. Однако используемые амортизирующие устройства, имеют достаточно высокую жесткость, что не позволяет достичь существенного снижения частоты собственных колебаний ГАП.
В работе [1] показано, что эффективное снижение вибрационных помех достигается при снижении частоты собственных колебаний ГАП в 3-6 раз по отношению к частоте возмущающих колебаний. Отношение частоты собственных колебаний ГАП и частоты колебаний, воздействующих на AM, называется коэффициентом динамичности ГАП. Помехоустойчивость ГАП возрастает при уменьшении его коэффициента динамичности.
В работе [2] показано, что демпфирование вибрационных колебаний может быть достигнуто при рассогласовании частот собственных колебаний жестко связанных масс не менее чем в 2 раза.
В техническом решении, защищенном патентом [3], повышение помехоустойчивости ГАП к низкочастотным вибрационным колебаниям достигается применением нетекучего гелеобразного заполнителя. Недостатком такого технического решения является звукопрозрачность нетекучего гелеобразного заполнителя, что приводит к высокому уровню шума при воздействии гидродинамической помехи.
В качестве прототипа заявляемого изобретения выберем AM, описанный в патенте [4]. АМ-прототип может включать произвольное количество ГАП. Конструкция АМ-прототипа, включающего 2 ГАП, приведена на фиг.  1.
На фиг.  1-3 обозначены:
1 - цилиндрические пьезокерамические преобразователи;
2 - металлические штоки, предназначенные для размещения в них полимерных стержней;
3 - полимерные стержни;
4 - фланцы;
5 - вибропоглощающий полимерный материал;
6 - герметичная оболочка;
7 - ось вращения ГАП;
8 - ГАП;
9 - проводник.
На фиг.  2 изображен один ГАП, состоящий из 4-х цилиндрических пьезокерамических преобразователей.
Недостатком АМ-прототипа является отсутствие защиты от вибрационных помех.
Решаемая техническая проблема - совершенствование конструкции гидроакустических антенн.
Достигаемый технический результат - повышение виброустойчивости ГАП, входящих в состав AM.
Указанный технический результат достигается за счет одновременного применения в изобретении следующих технических решений:
1) установка в каждом ГАП по оси их симметрии амортизирующих устройств в виде полимерных стержней, что позволяет снизить частоту собственных колебаний ГАП по сравнению с воздействующими на стержни вибрационными колебаниями;
2) рассогласованием не менее чем в 2 раза частот собственных колебаний ГАП, входящих в состав AM, что достигается использованием полимерных стержней с разным коэффициентом жесткости;
3) размещением всех ГАП, входящих в состав AM, в герметичной оболочке (например, из резины), заполненной вибропоглощающим полимерным материалом, что обеспечивает дополнительное гашение колебаний ГАП.
На фиг. 3 представлена конструкция заявляемого AM, состоящего из двух ГАП на основе цилиндрических пьезокерамических преобразователей (количество ГАП, входящих в AM, может быть произвольным), оси вращения которых параллельны друг другу.
Функционирование антенного модуля осуществляется следующим образом.
Вибрация корпуса морского носителя через узлы крепления AM к корпусу корабля (на фиг. 3 не показаны) передается на герметичную оболочку 6 и возбуждает собственные колебания ГАП. Размещенные во внутреннем отверстии металлических штоков 2 и соединенные с центром тяжести ГАП полимерные стержни 3, концы которых закреплены во фланцах 4, снижают уровень вибрации ГАП. Дополнительное снижение уровня вибрации достигается рассогласованием не менее чем в 2 раза частот собственных колебаний ГАП (путем использования полимерных стержней с разным коэффициентом жесткости), а также заполнением внутренней полости герметичной оболочки 6 вибропоглощающим полимерным материалом 5 с низким модулем упругости (в пределах 1 МПа).
Эффективность заявляемого изобретения проверялась путем испытаний макета AM на сертифицированном вибростоле. На фиг. 4 представлены результаты испытаний в виде частотной характеристики виброчувствительности ГАП, входящих в состав AM. По оси абсцисс на фиг. 4 отложена частота в герцах, по оси ординат - уровень удельной виброчувствительности ГАП, выраженный в вольтах на lg вибрации (где g - ускорение свободного падения). Пунктирная линия соответствует АМ-прототипу. Сплошная линия соответствует заявляемой конструкции AM.
Из сопоставления графиков на фиг. 4 следует, что заявляемая конструкция AM снижает виброчувствительность ГАП, входящих в состав AM, в 2…10 раз (т.е. на 6÷20 дБ) в зависимости от частоты. Особенно явно эффект снижения виброчувствительности приемных каналов наблюдается в низкочастотной области на частотах 200÷700 Гц.
Таким образом, заявляемый технический результат - снижение виброчувствительности (т.е. повышение виброустойчивости) ГАП, входящих в состав AM - можно считать достигнутым.
Источники информации
1. Степанов А.Г. Динамика машин. // Екатеринбург, УРоРАН, 1999.
2. Талицкий Е.Н. Защита электронных средств от механических воздействий. Теоретические основы // Владимир: изд-во Владимирского гос. университета, 2001.
3. Патент РФ №2136019.
4. Патент РФ №2496119.