ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ
HYDROACOUSTIC COATING

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к средствам гидроакустической защиты - гидроакустическим покрытиям (ГАП), применение которых обеспечивает снижение уровней первичного и вторичного акустических полей защищаемого объекта, находящегося в воде при воздействии гидростатического давления.
Известны ГАП и устройства гидроакустической защиты, например, по отечественным авторским свидетельствам №№319529 (1989 г.), 329643 (1991 г.) и патентам №№2161825 (1999 г.), 2307412 (2006 г.), 2328844 (2004 г.), 2411706 (2010 г.), патентам США №№4399526 (1984 г.), 4488271 (1984 г.), 4759000 (1988 г.), Японии 53-3242 (1978 г.). Указанные изделия изготавливаются из резиноподобных материалов (РПМ), внутри которых размещены воздушные полости разной формы и размеров, и устанавливаются, как правило, на наружной поверхности корпуса защищаемого объекта. Применение в указанных устройствах РПМ объясняется, прежде всего, близостью значений удельных акустических сопротивлений резиноподобных материалов и воды, их высокими коэффициентами механических потерь, эксплуатационными и технологическими характеристиками.
Наиболее близким по технической сущности аналогом предлагаемого изобретения - его прототипом является «Акустическое покрытие» по патенту РФ №2161825. Указанное покрытие, эскиз которого приведен на фиг.1, представляет собой прессованную пластину РПМ, состоящую из наружного герметичного 1, звукопоглощающего 2 и звукоизолирующего 3 слоев. Воздушные полости звукопоглощающего слоя 4 выполнены в виде усеченных конусов, поперечное сечение которых уменьшается в направлении наружного слоя, а полости в звукоизолирующем слое 5, закрепленном на корпусной конструкции 6, имеют цилиндрическую форму.
Данное покрытие, являясь по сочетанию акустических эффектов единым покрытием, обладает как значительным противогидролокационным эффектом, так и звукоизоляцией. Противогидролокационный эффект определяется степенью уменьшения коэффициента отражения звука, падающего на защищаемый объект, что обеспечивается согласованием входного сопротивления покрытия с сопротивлением окружающей среды и поглощением звука материалом ГАП. Развитие низкочастотных гидроакустических средств обнаружения вызывает необходимость создания высокоэффективных гидроакустических покрытий не только в области низких частот, но и в гораздо более широком частотном диапазоне.
Одним из путей улучшения акустической эффективности ГАП, прежде всего звукоизоляции, в низкочастотной области без увеличения массогабаритных характеристик ГАП, является увеличение размеров воздушных полостей в звукоизолирующем слое и увеличение коэффициента перфорации. Реализация этого решения, даже при допустимом увеличении коэффициента перфорации (по эксплуатационным показателям), приводит к увеличению интервала между соседними полостями. Для звукопоглощающего слоя это, как правило, вызывает уменьшение звукопоглощения и, как следствие, ухудшение противогидролокационного эффекта в остальной части частотного диапазона. Данное обстоятельство - невозможность заметного повышения звукоизоляции без ухудшения противогидролокационного эффекта ГАП (т.е. без увеличения коэффициента отражения) является недостатком прототипа.
Предлагаемое устройство ГАП позволяет повысить величину противогидролокационного эффекта при увеличении его звукоизоляции в низкочастотной области.
Известное гидроакустическое покрытие представляет собой герметичную пластину из резиноподобного материала, содержащего воздушные полости в форме конусов, поперечные сечения которых уменьшаются к наружной поверхности пластины.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая пластина выполнена из двух полуперфорированных пластин, соединенных между собой через слой монолитной резины, причем нижняя полуперфорированная пластина содержит цилиндрические полости, армированные полимерными катушками, а в верхней полуперфорированной пластине воздушные полости имеют форму конусов. При этом воздушные полости в верхней полуперфорированной пластине выполнены разной высоты и с разными диаметрами основания.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг.2 приведен эскиз предлагаемого гидроакустического покрытия. Пластина указанного ГАП состоит из верхней полуперфорированной пластины 7 с воздушными полостями 4 в форме конусов, слоя монолитной резины 8, соединяющего верхнюю 7 и нижнюю 9 полуперфорированные пластины, например, с помощью клеевого соединения. Нижняя полуперфорированная пластина 9 содержит цилиндрические полости 5, которые армированы полимерными катушками 10. На фиг.3 представлен эскиз такого же покрытия, у которого верхняя полуперфорированная пластина выполнена с конусами разного размера 11.
Достижение поставленной цели объясняется следующим образом.
Повышение противогидролокационной эффективности предлагаемого ГАП объясняется тем, что при разделении пластины ГАП на две компоненты (полуперфорированные пластины), соединенные между собой через слой монолитной резины, обеспечивается лучшее согласование акустических сопротивлений ГАП и воды. Это достигается за счет использования (для получения требуемой зависимости изменения акустических свойств верхней компоненты по толщине) более широкого по сравнению с покрытием-прототипом набора воздушных полостей, реализованных в виде конусов разной высоты и разного диаметра основания. При этом часть указанных полостей может быть не соосна с цилиндрическими полостями звукоизолирующего слоя, как это было в покрытии-прототипе. Наличие армирующих элементов в виде катушек в цилиндрических полостях нижней компоненты обеспечивает меньшую зависимость ее акустических свойств ГАП от гидростатического давления, что, в свою очередь, также улучшает условие согласования входного сопротивления покрытия с сопротивлением водной среды.
Это иллюстрируется результатами измерений образцов диаметром 150 мм предлагаемого ГАП и покрытия-прототипа. На фиг.4 и фиг.5 представлены частотные зависимости коэффициента отражения предлагаемого ГАП 12 и покрытия-прототипа 13. Образцы изготовлены из одних и тех же материалов, имеют одинаковую толщину, причем звукоизолирующий слой прототипа соответствует нижней полуперфорированной пластине предлагаемого покрытия. У образцов отличаются только звукопоглощающие слои как по коэффициенту перфорации, так и по размерам воздушных полостей. Измерения выполнены на установке «Импульсная труба» при комнатной температуре и гидростатическом давлении 0,5 и 1 МПа.
Из графиков видно, что практически во всем частотном диапазоне измерений предлагаемое покрытие имеет меньший коэффициент отражения (что соответствует большему противогидролокационному эффекту), чем покрытие-прототип. Ниже приводится предлагаемая формула.