ОДНОКАНАЛЬНАЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ АНТЕННА С ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ
SINGLE-CHANNEL HYDROACOUSTIC ANTENNA WITH AXIALLY SYMMETRICAL BEAM PATTERN

Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано в приемоизлучающих антеннах эхолотов.
Одним из основных требований, предъявляемых к электроакустическим параметрам антенн, является достаточно низкий уровень добавочных максимумов характеристики направленности.
Известен и широко распространен тип антенны, представляющей собой плоскую антенну с круглой апертурой (круглый поршень) [1]. Такая антенна с постоянным амплитудным распределением имеет сравнительно высокий уровень первого бокового лепестка характеристики направленности (ХН), что не всегда является удовлетворительным.
Известна гидроакустическая антенна, совпадающая с предлагаемой по наибольшему числу общих признаков [2].
Антенна-прототип содержит набор стержневых электроакустических преобразователей, закрепленных на общей накладке, и металлическую пластину, адгезионно связанную с общей наладкой по всей наружной поверхности последней слоем полимерного материала, образуя металлополимерное покрытие. Накладка с преобразователями установлена в корпусе через резиновые прокладки, обеспечивающем герметичность антенны. Антенна снабжена тыльным экраном.
Конструкция антенны-прототипа позволяет осуществить оптимальное согласование преобразователей со средой, тем самым расширить полосу пропускания антенны и увеличить ее КПД. Также такая конструкция позволяет снизить уровень первых добавочных максимумов ХН до 16%, но полученный уровень не всегда является удовлетворительным.
Задача изобретения состоит в том, чтобы создать одноканальную гидроакустическую антенну с улучшенными направленными свойствами.
Для решения поставленной задачи в одноканальную гидроакустическую антенну с осесимметричной характеристикой направленности, содержащую корпус и имеющую тыльный экран, а также набор стержневых электроакустических преобразователей, размещенных на круглой общей накладке, соединенной с корпусом через резиновые прокладки и имеющей на рабочей поверхности металлополимерное покрытие, введены новые признаки, а именно: металлополимерное покрытие состоит из слоя полимера, имеющего ступенчатое поперечное сечение с утолщением в центральной части, на периферийную более тонкую часть которого установлено металлическое кольцо, имеющее утолщение по краю, при этом толщина центральной утолщенной части слоя полимера кратна половине длины волны на рабочей частоте в материале полимера, толщина периферийной тонкой части полимера кратна одной восьмой длины волны в материале полимерного покрытия, толщина металлического кольца в тонкой его части кратна одной пятидесятой длины волны в металле, а толщина металлического кольца в зоне его утолщения кратна одной восьмой длины волны в металле, причем круглая общая накладка через слой полимера адгезионно связана с металлическим кольцом.
Техническим результатом от использования изобретения является снижение уровня первых добавочных максимумов характеристики направленности заявленной антенны.
Обеспечение технического результата достигается введением амплитудного распределения по поверхности общей круглой накладки, спадающего к ее краям, что и приводит к снижению уровня боковых лепестков ХН. Такое амплитудное распределение достигается за счет того, что в центральной части общей круглой накладки помещен полуволновой слой полимера, являющийся звукопрозрачным, а по ее краям на слой полимера адгезионно установлено металлическое кольцо, утолщенное по периферии, оказывающее совместно со слоем полимера демпфирующее влияние на колебания периферийной части накладки.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3, где на фиг. 1 приведен пример конструкции предлагаемой одноканальной гидроакустической антенны с осесимметричной характеристикой направленности, на фиг. 2 - показан разрез используемого в антенне комбинированного покрытия, на фиг. 3 - одна из реализаций характеристики направленности антенны (кривая а - экспериментальная ХН, кривая б - расчетная ХН) на рабочей частоте.
Заявленная антенна содержит набор пьезоэлектрических преобразователей в виде пьезокерамических призм 1, соединенных электрически параллельно. Призмы 1 расположены на общей накладке 2, размещенной в корпусе 3. Корпус 3 акустически развязан от накладки 2 посредством резиновых прокладок 4. Корпус 3 содержит тыльный экран 5. На общую накладку нанесен слой полимера 6, имеющий ступенчатое поперечное сечение. На его тонкой периферийной части установлено металлическое кольцо 7. Накладка 2, а также слой полимера 6 и металлическое кольцо 7, образующие металлополимерное покрытие, адгезионно связаны между собой. Электрические выводы от прибора выполнены кабелем 8. Толщина полимерного покрытия h1 в центральной части кратна половине длины волны в материале полимерного слоя, а его диаметр составляет одну вторую часть от диаметра общей накладки; толщина периферийной тонкой части полимера h2 кратна одной восьмой длины волны в материале полимерного покрытия; толщина металлического кольца в тонкой его части h3 кратна одной пятидесятой длины волны в металле; толщина металлического кольца в зоне его утолщения h4 кратна одной восьмой длины волны в металле, а его внутренний диаметр составляет три четвертых части от диаметра общей накладки.
При работе антенны в режиме излучения на пьезоэлектрические призмы 1 подается рабочее электрическое напряжение, которое вызывает их продольные колебания, передающиеся на общую накладку. Общая накладка совершает продольные и поперечные колебания. Металлополимерное покрытие, нанесенное на общую накладку, будет препятствовать обоим видам перемещения ее поверхности. Для локального ослабления и поперечных и продольных колебаний применено покрытие с демпфирующим слоем, работающим на сдвиг, называемое «армированным» [3]. Армированное вибропоглощающее покрытие состоит из слоя полимерного материала, поверх которого нанесен тонкий жесткий армирующий слой (преимущественно металлический). При этом чем больше толщина армированного покрытия, тем больший вклад в поглощение колебаний он будет вносить.
Так как центральная часть полимерного покрытия кратна половине длины волны в материале, она передает колебания общей накладки в рабочую среду (воду) без значимого снижения амплитуды. Периферийные части металлополимерного покрытия создают на поверхности общей накладки амплитудное распределение, спадающее к краям, что приводит к снижению уровня первых добавочных максимумов формируемой характеристики направленности.
Толщины и диаметры слоев металлополимерного покрытия выбраны исходя из описанного выше аналитического расчета и технологического удобства изготовления прибора.
При работе в режиме приема происходит преобразование акустической энергии в электрическую. При этом центральная часть металлополимерного покрытия является звукопрозрачной для падающей на нее волны, а периферийные части металлополимерного покрытия не являются звукопрозрачными и обеспечивают снижение передаваемых рабочей средой (водой) колебаний на общую накладку, что приводит к улучшению характеристики направленности всей антенны.
Уровень первых добавочных максимумов характеристики направленности антенны-прототипа составляет 16%. Уровень первых добавочных максимумов характеристики направленности заявленной антенны, как видно из фиг. 3, составляет минус 19 дБ, что соответствует 10,5%, таким образом, можно сделать вывод, что технический результат достигнут.
Источники информации
1. Л.В. Орлов, А.А. Шабров. Гидроакустическая аппаратура рыбопромыслового флота. - Л.: Судостроение, 1987, 74 с.
2. Патент РФ №1840387.
3. Клюкин И.И. Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах. - Л.: Судостроение, 1971, 305 с.