Приемный гидроакустический блок

Изобретение относится к гидроакустической технике, а точнее к гидроакустическим антеннам, устанавливаемым на подводных лодках, надводных кораблях и подводных аппаратах.

В состав корабельной гидроакустической антенны входят гидроакустические приемники (пьезокерамические, волоконно-оптические либо пьезокомпозитные), гидроакустические экраны и кабели [1]. Для защиты антенны от механических повреждений и гидродинамических помех ее закрывают обтекателем, представляющим собой крупногабаритную корабельную конструкцию, скрепленную с корпусом корабля (фиг. 1).

К обтекателю предъявляются следующие требования:

- звукопрозрачность в заданном секторе обзора и рабочей полосе частот;

- отсутствие искажений характеристики направленности антенны;

- высокая механическая прочность;

- технологичность изготовления, монтажа и демонтажа на корабле.

Различные конструкции обтекателей гидроакустических антенн описаны в работах [2-10].

В качестве материала для изготовления обтекателей корабельных гидроакустических антенн применяются металл (в частности титан) и стеклопластик [2].

Перспективным материалом для обтекателей могла бы стать специальная резина, обладающая высокой звукопрозрачностью [2]. Однако механическая прочность резины существенно ниже, чем у стеклопластиков и титана, что не позволяет использовать ее в качестве обтекателей без упрочнения с помощью жестких элементов конструкций.

В конструкции звукопрозрачного обтекателя [9] в качестве силовой основы используются протяженные металлические пластины, жестко закрепленные в корпусе, а пазы между ними, имеющие переменное по толщине сечение, заполняют звукопрозрачной резиной или компаундом. Механическая прочность такого обтекателя обеспечивается средней частью металлической пластины. Но предлагаемая конструкция сложна в изготовлении и не удобна для соединения с гидроакустической антенной, у которой расстояния между гидроакустическими приемниками не совпадают с расстояниями между протяженными металлическими пластинами звукопрозрачной оболочки.

Перспективным направлением создания корабельных гидроакустических станций является оснащение их антеннами с модульной конструкцией (фиг. 2) [10, 11].

В качестве прототипа выберем конструкцию приемного гидроакустического блока (далее - ПГБ) [10], являющегося модулем корабельной гидроакустической антенны и состоящего из системы крепления ПГБ к формообразующему каркасу гидроакустической антенны, гидроакустического приемника и соединенного с ним гидроакустического экрана, выполненного с отверстием и жестко закрепленного на тыльной стороне гидроакустического приемника. Гидроакустический приемник соединен с системой крепления ПГБ посредством стержня, соосно вставленного в трубку, жестко соединенную с системой крепления ПГБ 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.

Защита антенны, состоящей из ПГБ описанной конструкции, от механического и гидродинамического воздействий осуществляется с помощью обтекателя, являющегося корабельной конструкцией, изготовленного, например, из стеклопластика. Обтекатель крепится к корпусу корабля через амортизирующие развязки.

Все известные конструкции обтекателей, включая прототип, имеют два существенных недостатка:

1) Они не позволяют одновременно обеспечить его прочность и звукопрозрачность (особенно на углах, превышающих 30-40° от нормали к поверхности обтекателя), поскольку для достижения заданной прочности обтекателя требуется увеличивать его толщину, что неминуемо ведет к снижению его звукопрозрачности.

2) Они характеризуются низкой технологичностью при изготовлении и монтаже на носителе, а также низкой ремонтопригодностью: в случае механического повреждения требуется замена всего обтекателя, что достаточно дорого и трудоемко.

Решаемая техническая проблема - совершенствование конструкции корабельных гидроакустических антенн.

Достигаемый технический результат - одновременное увеличение сектора углов обзора, прочности, технологичности изготовления и ремонтопригодности корабельных гидроакустических антенн.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в состав каждого ПГБ гидроакустической антенны, имеющей модульную конструкцию, кроме гидроакустических приемников, гидроакустических экранов и кабелей, входит обтекатель, обладающий высокой звукопрозрачностью на всех углах обзора и механической прочностью. Такая конструкция ПГБ исключает необходимость накрытия всей гидроакустической антенны обтекателем, являющимся корабельной конструкцией, что позволяет устранить перечисленные выше недостатки.

На фиг. 3 изображена предлагаемая конструкция ПГБ с обтекателем, выполненным в виде прочной звукопрозрачной резиновой пластины, опирающейся на ребра формообразующего каркаса ПГБ и крепящиеся к нему с помощью резьбовых соединений.

На фиг. 3 представлена предлагаемая конструкция приемного гидроакустического блока, являющегося антенным модулем корабельной гидроакустической антенны.

На фиг. 3 обозначены:

1 - гидроакустические приемники;

2 - гидроакустические экраны;

3 - формообразующий каркас;

4 - металлические ребра формообразующего каркаса;

5 - обтекатель;

6 - углубления в местах размещения болтов крепления обтекателя к формообразующему каркасу.

На формообразующем каркасе 3,4 установлены гидроакустические приемники 1, а под формообразующим каркасом 3 размещены гидроакустические экраны 2. Обтекатель 5 крепится к формообразующему каркасу с помощью резьбовых соединений, углубления в местах размещения болтов заполняются гидроизоляционным материалом.

В качестве обтекателя в такой конструкции ПГБ целесообразно использовать звукопрозрачную резину толщиной порядка 50 мм, что обеспечивает увеличение углов обзора гидроакустической антенны до ±50° от нормали к ее поверхности. Та же резина, учитывая небольшую площадь ПГБ (порядка 1 м²), обеспечивает и высокую прочность гидроакустической антенны.

Предлагаемая модульная конструкция гидроакустической антенны обеспечивает технологичность ее изготовления и монтажа на корпусе носителя, а также повышение ремонтопригодности, поскольку при механических повреждениях замене подлежит только поврежденный антенный модуль.

Описанные достоинства предлагаемой конструкции ПГБ подтверждены испытаниями в аттестованном гидроакустическом бассейне на углы обзора и в сертифицированном испытательном центре на прочность.

На фиг. 4 приведены результаты измерения в гидроакустическом бассейне нормированные характеристики направленности одного ПГБ с обтекателем из резины марки 51-2708 (сплошная линия) и без обтекателя (пунктирная линия) на частотах 3 и 8 кГц. Из рассмотрения графиков следует, что установка обтекателя на ПГБ не приводит к искажению его характеристики направленности.

Испытания ПГБ в испытательном центре показали, что механическая прочность обтекателя из резины марки 51-2708 составила более 0,6 кг/см², что удовлетворяет нормативным требованиям к прочности обтекателей.

Таким образом, заявляемый технический результат - одновременное увеличение сектора углов обзора, прочности, технологичности изготовления и ремонтопригодности гидроакустических антенн, размещаемых на морских носителях, - можно считать достигнутым.

Источники информации:

1. Патент РФ №2496119.

2. Шейнман И.Л., Шейнман Л.Е., Шендеров Е.Л. Звукопрозрачность обтекателей гидроакустических антенн // СПб: Технолит, 2008.

3. Патент РФ №2510923.

4. Патент РФ №2575589.

5. Патент РФ №2589504.

6. Патент РФ №2265549

7. Таубин А.Г. и др. Прочность и устойчивость стеклопластиковых обтекателей антенн гидроакустических станций, содержащих стыки секций, при эксплуатационных воздействиях. // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2008, вып. 35 (319).

8. Простаков А.Л. Гидроакустические средства флота. // М.: Военгиз, 1974.

9. Патент РФ №101302.

10. Патент РФ №2494414.

11. Спирин В. Модульный подход при создании гидроакустических станций для подводных лодок за рубежом // Зарубежное военное обозрение, 2017, №11, с. 74-77.