ЗВУКОПРОЗРАЧНАЯ ОБОЛОЧКА

Полезная модель относится к антенным элементам гидроакустических систем и может быть использована для создания прочных звукопрозрачных элементов, защищающих антенны эхолотов, гидролокаторов от внешних силовых воздействий.
Преимущественная область использования - гидроакустика.
Известна звукопрозрачная оболочка, представляющая собой металлическую сплошную пластину толщиной 0,5-1 мм, защищающую активные элементы акустической антенны от воздействия внешней среды (см. Г.М.Свердлин «Гидроакустические преобразователи и антенны», Л. Судостроение, 1980, с.176, рис.6.15). Данная оболочка имеет высокий коэффициент передачи энергии акустических сигналов, но не защищает элементы антенны от силовых внешних воздействий, что ограничивает эксплуатационные возможности антенн с такими оболочками. Это препятствует достижению необходимого технического результата. Повышение толщины таких сплошных металлических оболочек увеличивает их защитные функции, но одновременно уменьшает их звукопрозрачность и увеличивает время переходных процессов при прохождении через них акустических сигналов.
Известны перфорированные звукопрозрачные оболочки (экраны), состоящие из толстого металлического сплошного листа, в котором выполнены отверстия круглого или прямоугольного сечения, заполненные резиной или каким-либо полимером (Шендеров Е.Л. Дифракция звука на щелях в экране конечной толщины. Акустический журнал, т.10, N 3, 1964, с.359-367. Шендеров Е.Л. Прохождение звука через экран конечной толщины с отверстиями. Акустический журнал, т.16, N 2, 1970, с.295-302). Из таких оболочек в 60-70 годы выполнялись обтекатели для гидроакустических станций среднего диапазона частот.
Недостатком таких обтекателей является малый коэффициент прохождения, около 0,5-0,7, определяемый коэффициентом перфорации, который из соображений механической прочности выбирался не более 0,5 (коэффициент перфорации - это отношение площади отверстий к общей площади оболочки). Кроме того, такие оболочки отличались повышенным уровнем реверберации и большим временем переходных процессов при прохождении через них акустического сигнала. Все это препятствует достижению необходимого технического результата.
Наиболее близким аналогом является «Звукопрозрачная оболочка» по авт. свид. SU 245600, НКИ 74d6108, зарегистрирована в государственном реестре изобретений 21.03.1969 г., (см. также Ю.С.Кобяков, Н.Н.Кудрявцев, В.И.Тимошенко «Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры». - Л. Судостроение, 1986. - с.170.), состоящая из толстого металлического листа, в котором выполнены отверстия с переменной площадью сечения, увеличивающиеся от середины оболочки к ее обеим поверхностям, обеспечивая максимальный коэффициент перфорации по поверхности металлического листа, а коэффициент перфорации средней части металлического листа выбирают исходя из заданной прочности оболочки. Отверстия заполнены звукопрозрачной резиной или компаундом.
Такая форма отверстий позволяет обеспечить коэффициент перфорации на поверхности оболочки при «сотовом» расположении отверстий, близкий к 0,9 и звукопрозрачность, близкую к единице в широком диапазоне частот. Механическая прочность определяется средней частью оболочки с малым коэффициентом перфорации. Такая оболочка использовалась для защиты антенны эхолотов рыбопоисковых станций «Сарган», «Лещ», выпускаемых серийно в 1970-1990 годах ОАО «Таганрогским заводом «Прибой». Обладая высокой звукопрозрачностью и механической прозрачностью, перфорированная оболочка с отверстиями переменного сечения трудоемка в изготовлении, так как сверление таких отверстий необходимо выполнять с использованием специальной нестандартной оснастки и специального станочного оборудования с числовым программным управлением. На основе таких звукопрозрачных оболочек невозможно изготовить обтекатели сложной криволинейной формы, что дополнительно ограничивает их эксплуатационные возможности.
Признаки, совпадающие с заявленным объектом - металлическая прочная основа и каналы переменного сечения, расширяющиеся от середины оболочки к ее поверхностям, заполненные звукопрозрачной резиной или компаундом (пластиком).
Задачей данной полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей звукопрозрачной оболочки, заключающихся в снижении трудоемкости ее изготовления и возможности изготовления на ее основе обтекателей со сложными криволинейными поверхностями.
Технический результат полезной модели достигается тем, что силовую основу звукопрозрачной оболочки выполняют на основе протяженных металлических пластин жестко установленных в корпусе, а пазы между ними, имеющими переменное по толщине сечение, расширяющиеся к внешним поверхностям оболочки, заполняют звукопрозрачными резиной или компаундом. Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг.1 показана конструкция предлагаемой звукопрозрачной оболочки.
Звукопрозрачная оболочка состоит из корпуса 1 и металлических пластин переменного сечения 2, жестко укрепленных в корпусе, например с помощью сварки. Пазы между пластинами заполнены звукопрозрачным компаундом, например, эластомером полиуретановым двухкомпонентным СПБ-ХП-80 (ТУ 224-001-20507988-2003), либо форполимером СКУ-ПФЛ-100 с отвердителем, либо вулканизированной резиной.
Механическая прочность такой звукопрозрачной оболочки обеспечивается средней частью металлических пластин, а коэффициент перфорации - площадью их внешних торцов. На основе таких звукопрозрачных оболочек могут формироваться сферические, цилиндрические и бульбовые обтекатели, обеспечивающие работу судна в ледовых условиях. Для повышения общей прочности обтекателей между протяженными металлическими пластинами устанавливают, например, с помощью сварки, дополнительные ребра жесткости.
Технология изготовления звукопрозрачной оболочки проста. В корпус заданной формы вваривают пластины, а пазы между ними заполняют звукопрозрачными компаундами или резиной. При изготовлении цилиндрических обтекателей, обтекатель набирают из металлических колец необходимого профиля, между которыми вваривают дополнительные ребра жесткости. Пазы между кольцами заполняют затем звукопрозрачными компаундами или резиной. Сечения металлических пластин (или колец), а также пазов между ними рассчитывают таким образом, чтобы в пазах осуществлялось волноводное распространение акустических волн (см. Дущаткин В.Н. Распространение звука по трубам переменного сечения. Прикладная акустика. Межвузовский тематический научный сборник. Изд. ТРТИ, Таганрог 1974; Душаткин В.Н. Прохождение звука через экран конечной толщины с отверстиями. Прикладная акустика. Межвузовский тематический научный сборник. Изд. ТРТИ, Таганрог 1975), что уменьшает реверберационные помехи в обтекателях, время переходных процессов и увеличивает их коэффициент прозрачности.
Испытания образцов звукопрозрачных оболочек показали, что они имеют коэффициент звукопрозрачности не менее 0,95 для диапазона частот, занимающего более трех октав, имеют меньшее время переходных процессов и уровень реверберационных помех по сравнению с оболочками-прототипами. Трудоемкость и себестоимость их изготовления также была снижена не менее чем на 90%.