БЕЗРЕБЕРНЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ АНТЕННЫ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
NON-RIBBED HYDROACOUSTIC STATION ANTENNA DOME

Изобретение относится к судостроению, а именно к обтекателям гидроакустических станций, и касается вопроса конструирования обтекателя антенны гидроакустической станции.
Обтекатель гидроакустической станции, являющийся частью рабочего отсека антенны гидроакустической станции, представляет собой мягкую оболочку из эластомера, например полиуретана, армированного полиарамидной тканью. Отсек занимает пространство от носа корабля до поперечной переборки. Оболочка обтекателя приобретает необходимые форму и жесткость за счет приложения внутреннего избыточного давления. Обтекатель должен создавать акустически благоприятные условия работе станции. Новое техническое решение заключается в применении для обтекателя высокопрочных полиарамидных волокон, эластичного полимерного связующего и в разработке специального узла крепления обтекателя к корпусу судна.
Известен безреберный, надутый изнутри избыточным давлением воды обтекатель мягкого типа для антенн гидроакустических станций. Обтекатель изготавливается фирмой Goodrich (США) и выполнен из слоев резины, армированной в различных направлениях витыми стальными тросами малого диаметра. Обтекатель антенны гидроакустической станции (фиг.1) выполнен из резины, армированной стальными тросами, обернутой вокруг кромочного троса (http://www.supsalv.org/manuals/uwsh/chap09/figures/fig9_16.html), - прототип. Узел крепления обтекателя к корпусу представляет собой зажимной фланец, содержащий край обшивки обтекателя, обернутой вокруг кромочного троса. Обтекатели устанавливаются на надводные корабли типов CG 47, DD 963, DDG 993, DDG 51, FFG 7, FF 1052.
Резиноармированный, надутый изнутри обтекатель имеет высокие акустические свойства за счет близости акустических сопротивлений армированной резины и воды и высокого коэффициента внутренних механических потерь используемых материалов. Такая конструкция относится к классу мягких оболочек и требует для сохранения формы и поддержания несущей способности постоянно действующего избыточного давления во внутреннем объеме.
Недостатком такой конструкции является сложная технология изготовления и крепления к корпусу. Используется обертка обшивки обтекателя вокруг кромочного троса и фланцевое крепление этой обертки и троса фигурными захватами. Высокий уровень постоянно поддерживаемого внутреннего давления во внутреннем объеме связан с недостаточной собственной жесткостью обшивки обтекателя. Она обладает недостаточно высокой прочностью и эксплуатационной надежностью, так как часты случаи разрывов обшивки обтекателя.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочности, эксплуатационной надежности обтекателя антенны гидроакустической станции с улучшенными акустическими свойствами и улучшение технологичности его изготовления.
Это достигается тем, что у безреберного обтекателя антенны гидроакустической станции, имеющего форму гидродинамически обтекаемого тела, поддерживаемую с помощью избыточного внутреннего давления, и узел крепления к корпусу судна в виде кромки обшивки обтекателя, расположенной в металлическом зажиме, по изобретению, обшивка обтекателя армирована полиарамидной тканью и содержит связующее в виде эластомера.
Кроме того, узел крепления к корпусу судна выполнен в виде двух параллельных металлических пластин, заключающих между собой участок обшивки обтекателя, изготовленный из полиарамидной ткани в качестве армирующего материала и эпоксидного связующего, и участок зоны перехода к остальной части оболочки обтекателя, в котором идет постепенное плавное замещение эпоксидного связующего на связующее из эластомера.
Наряду с этим в качестве связующего в виде эластомера принят полиуретан.
Выполнение обшивки обтекателя из эластомера, армированного полиарамидной тканью, позволяет увеличить прочность и эксплуатационную надежность обтекателя при высоких его акустических свойствах за счет более рациональной системы армирования тканью.
Преимуществом нового устройства безреберного обтекателя антенны гидроакустической станции, имеющего форму гидродинамически обтекаемого тела, поддерживаемую с помощью избыточного давления, из армированного полиуретана, является его повышенная прочность и эксплуатационная надежность, которые обеспечиваются за счет применения более жесткого связующего, например полиуретана, и использования для армирования уложенных более плотно и в большем количестве, чем стальные тросы, и сопоставимых с ними по удельной прочности на растяжение арамидных волокон, а также улучшенная технологичность его изготовления.
Кроме того, преимуществом является уменьшение необходимого уровня постоянно поддерживаемого внутреннего давления во внутреннем объеме, упрощение технологии изготовления обшивки обтекателей и узла крепления на корпусе, так как вместо оберточного узла с кромочным тросом используется узел крепления к корпусу в виде двух параллельных металлических пластин.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 представлен фрагмент обтекателя гидроакустической станции прототипа, на фиг.2 - фрагмент предлагаемой конструкции безреберного обтекателя антенны гидроакустической станции из армированного полиуретана, поддутый изнутри избыточным давлением, и на фиг.3 - узел крепления обтекателя к корпусу.
Безреберный обтекатель антенны гидроакустической станции имеет форму гидродинамически обтекаемого тела, поддерживаемую с помощью избыточного внутреннего давления. Безреберный обтекатель антенны гидроакустической станции содержит узел крепления 1 к корпусу судна 2 в виде утолщенной кромки обшивки обтекателя 3, расположенной в металлическом зажиме, состоящем из двух металлических пластин 4, 5. При действии постоянного внутреннего давления воды в камере обтекателя (фиг.2) армирующий материал 1 приобретает деформацию растяжения, вовлекая в этот процесс полиуретановое связующие 2. За счет рационального выбора раскройной формы оболочка приобретает под действием постоянного внутреннего давления заданную форму обтекаемого тела вращения. Растягивающие внутренние усилия придают оболочке необходимую жесткость, позволяющую противостоять внешним эксплуатационным нагрузкам. Конструкция узла крепления (фиг.3) обеспечивает требуемое усилие зажима оболочки и не позволяет ей выйти из узла крепления при всех видах внешних и внутренних воздействий. Наличие зоны замещения связующего с мягкого на основной поверхности обтекателя к жесткому связующему внутри узла крепления имеет цель уменьшить кромочный срез и изгиб обшивки обтекателя при ее выходе из металлических пластин узла крепления.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Под действием внешней гидродинамической нагрузки от обтекания возникает совместная деформация всех слоев армирующего материала 1 и связующего 2 мягкой обшивки безреберного обтекателя гидроакустической станции. Приложенное изнутри постоянное давление за счет рационального выбора начальной раскройной формы и возникающих в армирующем материале растягивающих усилий обеспечивает на большей части поверхности, кроме окрестности узла крепления 1, безмоментное напряженное состояние. В окрестности узла крепления за счет наличия в переходной зоне 3 смены связующего 2 с мягкого на жесткое обеспечивается плавный вход обшивки обтекателя в узел крепления 1. В случае воздействия экстремальных с точки зрения условий эксплуатации, разовых нагрузок от соударения с волной внутреннее давление частично компенсирует внешнее воздействие, и в обтекателе происходит локальное изменение растягивающих усилий в допустимых пределах. После окончания времени действия внешнего давления растягивающие усилия возвращаются к прежнему значению, и форма обтекателя восстанавливается. Необходимая прочность обтекателя обеспечивается подбором количества слоев армирующего материала на основании динамического расчета. Зона замещения связующих с мягкого типа на основной поверхности обтекателя к жесткому связующему внутри узла крепления обеспечивает уменьшение среза и изгиба обшивки обтекателя при выходе из узла крепления.
Предлагаемый безреберный обтекатель гидроакустической станции обладает повышенной прочностью, сопротивляемостью местным динамическим нагрузкам и повышенными акустическими характеристиками, что его выгодно отличает от прототипа.