ПРИЕМНЫЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК
HYDROACOUSTIC RECEIVING UNIT

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке гидроакустических систем и комплексов, а также для конструирования их составных частей, в частности гибких антенных модулей.
Приемный гидроакустический блок является базовым конструктивным элементом, используемым для построения гидроакустических антенн либо их модулей, и выполнен в виде единого сборочного узла. Таким образом, в приемном блоке совмещаются гидроакустический приемник, являющийся собственно чувствительным элементом, и гидроакустический экран, обеспечивающий его шумоизоляцию от структурных помех со стороны носителя антенны. Приемный гидроакустический блок, выполненный в таком виде, описан, в частности, в патенте РФ №2080743 «Приемный блок многоэлементной широкополосной гидроакустической антенной решетки». В нем описаны элементы, входящие в конструктив модуля, и способ передачи информации от чувствительного элемента через отверстия в акустическом экране. Также приемные блоки рассматриваются как составная часть более сложных конструкций - антенных модулей, используемых для повышения технологичности сборки гидроакустических антенн. Их описание присутствует в патенте РФ №2167499 «Линейный модуль гидроакустической антенны». При этом модуль реализуется в виде набора механически скрепленных гидроакустических приемников и не требует дополнительной установки гидроакустического экрана. Также можно условно выделить приемные блоки, выполняемые в виде технологически раздельных узлов, в которых гидроакустический экран антенны устанавливается отдельно от блока, непосредственно на корпус, а приемные блоки крепятся на металлической ленте, под натяжением прилегающей к экрану, в результате чего происходит механическое одностороннее закрепление гидроакустического приемника на акустическом экране. Такое решение описывается в патенте РФ №2153685 «Гидроакустическая антенна». Необходимо также отметить, что установка гидроакустических приемников в приемных блоках, на практике, тоже осуществляется непосредственно на гидроакустическом экране в целях повышения их виброзащиты.
Совершенствование алгоритмов обработки информации, в частности, использование адаптивных методов (Г.С. Малышкин. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Т.2. Адаптивные методы. - СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2011; Уидроу Б., Стирнз С., Адаптивная обработка сигналов: пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989), увеличение адекватности моделей гидроакустической среды и возрастающие требования к дальности обнаружения источников локального шума гидроакустическими средствами приводят к необходимости более точного знания геометрии чувствительных элементов антенны, т.е. их взаимного расположения в системе координат, связанной с корпусом носителя. Также необходима актуальность этих сведений в течении всего времени эксплуатации гидроакустической системы, оборудованной данной антенной. Это связано со снижением робастности используемых алгоритмов и повышением размерности используемых моделей.
Решение, предлагаемое в данном изобретении, является наиболее близким к приемному блоку, описанному в патенте РФ №2080743 «Приемный блок многоэлементной широкополосной гидроакустической антенной решетки», который можно отнести к ближайшему аналогу (прототипу) предлагаемого изобретения. Приемный блок в вышеуказанном изобретении состоит из гидроакустического экрана и гидроакустического датчика, объединенных общим конструктивом в единый сборочный узел.
Однако данное решение не лишено недостатков. К таковым можно отнести влияние изменения давления окружающей среды на определенные виды акустических экранов. При этом не указывается способ крепления гидроакустического приемного блока к корпусу носителя. В то же время данный способ крепления является важным для дальнейшей обработки, поступающей от приемников антенны информации. Так, например, в изобретении по патенту РФ №2167499 «Линейный модуль гидроакустической антенны» приемные блоки крепятся к несущему каркасу гидроакустическим экраном. В свою очередь, выполнение экранов полыми, с перфорированными отверстиями, приводит к изменению их геометрических характеристик. Кроме того, следует отметить, что изменение размеров акустических экранов происходит неравномерно по площади антенны и приводит к возникновению отклонений осей чувствительности датчиков от заданных значений. Таким образом, при закреплении гидроакустических датчиков на экранах они изменяют свое геометрическое месторасположение относительно других датчиков антенны и ее фазового центра, что приводит к нарушению фазовых соотношений между ними и может оказывать существенное влияние на функционирование алгоритмов обработки гидроакустической информации. Данная деформация акустических экранов происходит как динамически - при изменении давления окружающей среды в процессе функционирования, так и накапливается со временем, приводя к постоянным величинам смещения. При этом необходимо отметить, что вычисление координат гидроакустических приемников приемных блоков производится разово - при изготовлении антенны. Возможны также периодические измерения в процессе эксплуатации, однако они требуют постановки носителя в сухой док. В свою очередь динамические изменения, возникающие в процессе эксплуатации при изменении величины заглубления антенны, оценить практически невозможно.
Задачей изобретения является повышение точности позиционирования гидроакустических датчиков, выполненных в составе приемных блоков, относительно формообразующего каркаса антенны (корпуса носителя). При этом также ставится задача сохранения режима эксплуатации гидроакустического экрана, допускающего изменение его геометрических размеров.
Для решения поставленной задачи в приемный гидроакустический блок, состоящий из системы крепления гидроакустического блока к формообразующему каркасу гидроакустической антенны, гидроакустического приемника и соединенного с ним гидроакустического экрана, введены следующие новые признаки: гидроакустический экран выполнен с отверстием и жестко закреплен на тыльной стороне гидроакустического приемника, гидроакустический приемник соединен с системой крепления гидроакустического блока посредством стержня, соосно вставленного в трубку, жестко соединенную с системой крепления гидроакустического блока к формообразующему каркасу антенны, причем стержень закреплен в трубке штифтами, выполненными из виброизолирующего материала, а трубка и стержень свободно проведены через сквозное отверстие в гидроакустическом экране.
Техническим результатом изобретения является неизменность геометрического расположения гидроакустического датчика относительно формообразующего каркаса антенны в течении всего времени эксплуатации, при накоплении остаточных деформаций с гидроакустическом экране и изменении его геометрических параметров вследствие изменения давления окружающей среды при изменении величины заглубления антенны. Причем нужно заметить, что данные приемные модули возможно использовать как в составе антенн, так и при изготовлении отдельных антенных модулей. При этом такое закрепление гидроакустического приемника в приемном блоке дает возможность исключить влияние деформации гидроакустического экрана на геометрическое расположение датчика относительно формообразующего каркаса антенны, за счет того, что акустический экран может деформироваться без влияния на геометрическое расположение датчика относительно формообразующего каркаса антенны.
Вышеуказанные технические результаты достигаются за счет наличия стержня, жестко соединяющего гидроакустический приемник с системой крепления приемного блока. При этом стержень и трубка свободно проходят через отверстие в акустическом экране, механически развязывая его с формообразующим каркасом антенны. В свою очередь акустический экран жестко зафиксирован на тыльной стороне приемника и может свободно изменять свои геометрические размеры.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурой 1. Гидроакустический приемный блок состоит из гидроакустического приемника (1), жестко соединенного с системой крепления (4) приемного блока к формообразующему каркасу антенны, виброзащитных штифтов (6), крепящих стержень (3) в трубке (5), которая свободно проходит через отверстие в гидроакустическом экране (2), жестко по поверхности сопряженном с гидроакустическим приемником (1). Таким образом достигается свобода перемещения гидроакустического экрана (2) относительно гидроакустического приемника (1) без изменения его геометрического расположения и жесткость закрепления самого гидроакустического приемника (1) относительно системы крепления 4 приемного блока и, соответственно, формообразующего каркаса антенны.
Устройство работает следующим образом. При возникновении внешнего гидростатического давления возникает деформация гидроакустического экрана (2), не изменяющая геометрии расположения гидроакустического приемника (1) относительно формообразующего каркаса, при этом он экранирует гидроакустический приемник (1) от гидроакустических волн, распространяющихся с тыльной стороны гидроакустического приемника (1). При этом структурная помеха от системы крепления (4) приемного блока, передаваемая по трубке (5) стержню (3), расположенному в трубке (5), гасится виброзащитными штифтами (6).
Предложенная конструкция приемного блока позволяет добиться стабильности расположения гидроакустических приемников (1) как в различных режимах работы антенны, так и в процессе всего времени ее эксплуатации. Таким образом, задачу изобретения можно считать решенной.