×
22.09.2018
218.016.8943

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МОРЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано, в частности, для измерения вертикального распределения скорости звука в море. Гидродинамический зонд содержит носовую часть, установленный на фиксированном расстоянии от нее акустический цилиндрический пустотелый открытый с обоих концов резонатор с клиновидной кромкой и соответствующий элемент их крепления друг к другу. При этом у акустического пустотелого цилиндрического резонатора клиновидная кромка выполнена в нижней его части кольцевой, резонатор установлен на фиксированном расстоянии от носовой части зонда, выполненной в виде тела вращения и груза зонда, имеющего низкое гидродинамическое сопротивление, при этом элементом их крепления является соединительная втулка с прорезями для протока воды, по оси груза имеется сквозное отверстие, диаметр которого равен внутреннему диаметру акустического цилиндрического резонатора, в верхней части отверстия по его оси заподлицо с верхней поверхностью груза установлен соответствующими элементами крепления к грузу вкладыш из цилиндра с конусом, образующий с поверхностью отверстия кольцевое сопло. Технический результат - упрощение гидродинамического зонда для измерения скорости звука в море на ходу судна с неограниченной предельной глубиной погружения. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано, в частности, для измерения вертикального распределения скорости звука в море на ходу судна с передачей измерительной информации по гидроакустическому каналу связи.

Известны зонды для измерения скорости звука в море на ходу судна.

Так, в системе сбора океанографических данных МК12 [1] измерение скорости звука на ходу судна производится проводным зондом одноразового использования, который состоит из бортовой части и измерительного зонда, которые в исходном состоянии скреплены. Бортовая часть включает цилиндрический пластмассовый корпус с основанием, на котором с внутренней стороны установлена катушка с изолированным проводом, а на внешней стороне имеются контакты связи. Погружающийся измерительный зонд имеет обтекаемый корпус с грузом в носу и со стабилизатором в хвостовой части. В корпусе установлены герметичный блок и катушка с изолированным проводом. В герметичном блоке зонда размещены печатная плата с электроникой датчика скорости звука и батарея питания. По оси корпуса измерительного зонда имеется сквозное отверстие с установленной в нем акустической системой датчика скорости звука. При погружении зонда через отверстие протекает вода.

Одновременное разматывание провода с двух катушек обеспечивает равномерное погружение измерительного зонда на ходу судна. Когда на одной из катушек провод полностью размотается, он обрывается и измерительный зонд тонет. Связь погружающего зонда с бортовой аппаратурой судна осуществляется передачей по изолированному проводу электрического сигнала, частота которого пропорциональна значению измеряемой скорости звука в воде.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются сложность конструкции и значительная стоимость одноразового зонда, обусловленная в основном однократным использованием большого количества дорогостоящего изолированного провода. Кроме того, зонд имеет ограниченную предельную глубину погружения.

Гидроакустический одноразовый зонд по патенту США [2] содержит имеющий низкое гидродинамическое сопротивление герметичный корпус с хвостовым стабилизатором и грузом в носовой его части, по оси которого установлена акустическая система датчика скорости звука. Внутри корпуса размещены автономный источник питания, электроника датчика скорости звука и подключенный к его выходу усилитель мощности электрически связанный с акустическим цилиндрическим излучателем зонда, установленным на наружной поверхности корпуса зонда. Передача измерительной информации от погружающего зонда в бортовую аппаратуру судна осуществляется по гидроакустическому каналу связи сигналом, частота которого пропорциональна значению измеряемой скорости звука в воде

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются более сложная по сравнению с одноразовым проводным зондом конструкция и, соответственно, более высокая стоимость гидроакустического одноразового зонда, что ограничивает его применение для однократных измерений в море. Кроме того, зонд имеет ограниченную предельную глубину погружения.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является рассмотренный в работе [3] гидродинамический излучатель (подводная органная труба), состоящий из цилиндрической носовой части и пустотелого открытого с обоих концов акустического цилиндрического резонатора, которые по их общей оси жестко соединены элементами крепления. В носовой части установлен вкладыш, образующий на ее выходе сегментное сопло в виде усеченного цилиндра. Сегмент стенки акустического цилиндрического резонатора, расположенный напротив сопла, срезан до острой кромки, между которой и соплом имеется щель. Гидродинамический излучатель возбуждается водным потоком, направленным в его носовую часть. Частота акустического излучения в водную среду зависит от скорости водного потока, длины акустического цилиндрического резонатора и скорости звука в воде внутри его.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является конструкция маломощного лабораторного гидродинамического излучателя - прототипа, не предназначенного для измерений скорости звука в воде.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, состоит в создании значительно более простого и дешевого по сравнению с известными аналогами одноразового гидродинамического зонда для измерения скорость звука в море на ходу судна с неограниченной предельной глубиной погружения.

Для достижения технического результата в предлагаемом гидродинамическом зонде для измерения скорости звука в море акустический пустотелый открытый с обоих концов цилиндрический резонатор имеет в нижней части кольцевую клиновидную кромку. Резонатор посредством элемента крепления с прорезями для протока воды острой кромкой установлен на фиксированном расстоянии от носовой части, выполненной в виде тела вращения, с низким гидродинамическим сопротивлением и являющейся грузом зонда. По его оси имеется сквозное отверстие, диаметр которого равен внутреннему диаметру акустического цилиндрического резонатора. В отверстии по его оси заподлицо с верхней поверхностью груза установлен вкладыш из цилиндра с конусом с соответствующими элементами его крепления к грузу, образующий с поверхностью отверстия кольцевое сопло.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фигурах 1 и 2. На фиг. 1 представлена конструкция гидродинамического зонда для измерения скорости звука в море, а на фигуре 2 показан его поперечный разрез.

Зонд состоит из носовой части - груза 1, с низким гидродинамическим сопротивлением. В сквозном отверстии груза имеется вкладыш 2 из цилиндра с конусом и его элементы крепления к грузу 3. Над грузом по его оси посредством элемента крепления 4, в виде соединительной втулки с прорезями для протока воды, установлен акустический пустотелый цилиндрический открытый с обоих концов резонатор 5 с кольцевой клиновидной кромкой в нижней части.

Гидродинамический зонд для измерения вертикального распределения скорости звука в море функционирует следующим образом.

Зонд сбрасывается на ходу судна в воду. Груз 1 с низким гидродинамическим сопротивлением и пустотелый цилиндрический резонатор, выполняющий одновременно и роль стабилизатора положения, обеспечивают вертикальное погружение зонда с постоянной скоростью V. С такой же скоростью в отверстие в нижней части груза зонда поступает вода.

На выходе отверстия груза в сечении кольцевого сопла скорость водного потока увеличивается до значения

U = V⋅R2/(R2-r2),

где R - радиус отверстия груза;

r - радиус вкладыша. С этой скоростью водный поток поступает на кольцевую клиновидную кромку акустического пустотелого цилиндрического резонатора, вызывая то с наружной, то с внутренней стороны кромки резонатора образование вихрей с частотой

F = 0.5⋅U/h.

Здесь h - расстояние между грузом и резонатором (ширина кольцевой щели).

Эти вихри вызывают возбуждение звука в воде внутри цилиндрического резонатора. Собственные резонансные частоты открытого с обоих концов цилиндрического резонатора равны

f = n⋅Cp/2L,

где п = 1,2,3… - целое положительное число, чаще всего выбирают п=1;

Ср - скорость звука в воде внутри резонатора.

где С - скорость звука в море (в безграничной водной среде);

ρ - плотность воды;

Е - модуль упругости (Юнга) материала стенки резонатора;

RH - наружный радиус резонатора;

RBH = R - внутренний радиус резонатора;

L - длина резонатора.

Возникшие в резонаторе акустические колебания в свою очередь оказывают обратное воздействие на процесс вихреобразования у щели. При fF описываемая акустическая система переходит в режим самовозбуждения. Так как скорость погружения зонда V постоянна и при этом U = const, то частота f акустического самовозбуждения зонда будет зависеть только от скорости звука Ср в водной среде внутри резонатора, то есть при прочих равных условиях от скорости звука в море С. Возбуждаемый зондом звук излучается в окружающее водное пространство и по гидроакустическому каналу передается на судно, которое снабжено соответствующей приемной, обрабатывающей и регистрирующей аппаратурой.

Текущая глубина погружения зонда Z определяется по известной скорости его погружения V и текущему времени t от момента его сброса в воду Z=V⋅t.

Предлагаемый одноразовый гидродинамический зонд для измерения скорости звука в море обладает значительными преимуществами перед известными проводными и гидроакустическими одноразовыми зондами аналогичного назначения. В нем нет ни одного электронного элемента, источника электропитания, провода или акустических преобразователей. Он может быть изготовлен из низкосортной стали. То есть гидродинамический зонд значительно проще и дешевле известных зондов. Кроме того, в гидродинамическом зонде отсутствуют герметичные отсеки, поэтому он погружается до любой глубины не разрушаясь.

СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ

1. МК 12 Oceanographic Data Acquisition System. Sipping Inc. 1994. 144 p.

2. Pat. 3932833 US. Int. CI. G01H 5/00; G01K 13/00. Instrument for direct measurement of the velocity of sound in a fluid / Massa F., Massa D.P. Filed 22.04.1970. Publ. 13.01.1976.

3. Yoshikawa S. Underwater organ pipes // J. Acoust. Soc. Jpn. 1984. Vol. (E) 5. №4. P. 211-221.

Гидродинамический зонд для измерения скорости звука в море, включающий носовую часть, установленный на фиксированном расстоянии от нее акустический цилиндрический пустотелый открытый с обоих концов резонатор с клиновидной кромкой и соответствующий элемент их крепления друг к другу, отличающийся тем, что у акустического пустотелого цилиндрического резонатора клиновидная кромка выполнена в нижней его части кольцевой, резонатор установлен на фиксированном расстоянии от носовой части зонда, выполненной в виде тела вращения и груза зонда, имеющего низкое гидродинамическое сопротивление, при этом элементом их крепления является соединительная втулка с прорезями для протока воды, по оси груза имеется сквозное отверстие, диаметр которого равен внутреннему диаметру акустического цилиндрического резонатора, в верхней части отверстия по его оси заподлицо с верхней поверхностью груза установлен соответствующими элементами крепления к грузу вкладыш из цилиндра с конусом, образующий с поверхностью отверстия кольцевое сопло.
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МОРЕ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МОРЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 139.
20.01.2018
№218.016.10f5

Цифровой комплекс спутниковой системы связи

Изобретение относится к радиоэлектронным системам связи с использованием радиоизлучения при размещении станции в морском мобильном объекте и может быть использовано в качестве бортовой станции системы спутниковой связи. Технический результат – расширение функциональных возможностей на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633911
Дата охранного документа: 19.10.2017
10.05.2018
№218.016.4b39

Способ сплайн-фильтрации сигналов

Изобретение относится к области радиоэлектроники и гидроакустики, а именно к способам обнаружения, обработки сигнала при наличии помех. Изобретение заключается в реализации разработки оптимального метода обнаружения гидроакустического сигнала в условиях помех, описываемых нелинейными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651640
Дата охранного документа: 23.04.2018
10.05.2018
№218.016.4edf

Способ дистанционного минирования

Изобретение относится к способам поражения морских целей в отдаленных районах, в частности к способам применения морских мин, доставляемых в район минной постановки носителями-транспортировщиками и являющихся средствами дистанционного минирования. Задачей изобретения является разработка способа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652610
Дата охранного документа: 27.04.2018
16.06.2018
№218.016.62ec

Система для транспортировки объектов

Изобретение относится к водному транспорту и касается проводки объектов по внутренним водным путям. Предложена система для транспортировки объектов, содержащая транспортируемый объект, на корпусе которого смонтированы крепежные узлы, подъемные стропы, подъемно-транспортные понтоны, включающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657618
Дата охранного документа: 14.06.2018
25.06.2018
№218.016.660b

Способ и устройство передачи дискретной информации для быстродвижущихся объектов

Изобретение относится к области специальной радиотехники и может быть использовано в цифровых системах связи для обмена информацией между быстродвижущимися объектами. Наличие доплеровского эффекта существенно снижает отношение сигнал/помеха на выходе системы, что особенно важно для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658649
Дата охранного документа: 22.06.2018
01.07.2018
№218.016.6932

Спасательное судно

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания судна, способного оказывать помощь личному составу аварийной подводной лодки (ПЛ), лежащей на грунте подо льдом. Спасательное судно с корпусом из материала ледового класса Arc9 включает в себя привязной спасательный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659317
Дата охранного документа: 29.06.2018
01.07.2018
№218.016.6967

Понтон для транспортировки объектов

Изобретение относится к понтонам, предназначенным для транспортировки объектов по внутренним водным путям, под мостами, эстакадами и мелководью. Понтон для транспортировки объектов содержит корпус, который разделен на балластные отсеки и воздушный ящик, системы затопления и осушения, кингстон с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659339
Дата охранного документа: 29.06.2018
01.07.2018
№218.016.69ae

Способ охраны подводного объекта

Способ охраны подводного объекта с применением подводного аппарата-охранителя (ПАО) заключается в подготовке ПАО к пуску путем проверки бортовой системы управления (БСУ), в которую вводят программу движения и задание. Осуществляют пуск ПАО с охраняемого объекта или носителя, включают БСУ в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659213
Дата охранного документа: 28.06.2018
08.07.2018
№218.016.6d56

Автокорреляционный демодулятор псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией

Изобретение относится к технике телекоммуникаций и может быть применено для обработки дискретных сигналов с относительной фазовой модуляцией в системах с псевдослучайными сигналами в условиях организованных (преднамеренных) помех. Технический результат - повышение помехоустойчивости приема...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660595
Дата охранного документа: 06.07.2018
08.07.2018
№218.016.6d63

Автокорреляционный демодулятор псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией второго порядка

Изобретение относится к технике связи и может быть применено для обработки дискретных сигналов с относительной фазовой модуляцией второго порядка в системах с расширенным спектром (с псевдослучайными сигналами) при нестабильности несущей частоты и в условиях организованных (преднамеренных)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660594
Дата охранного документа: 06.07.2018
Показаны записи 1-6 из 6.
27.03.2015
№216.013.350d

Способ измерения скорости звука в воде

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в естественных водоемах. Сущность: производят зондирование акустическим импульсным сигналом одиночного относительно сильного естественного акустического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545065
Дата охранного документа: 27.03.2015
27.08.2015
№216.013.74e0

Радиопередающее устройство

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при построении устройств радиосвязи. Достигаемым техническим результатом полезной модели является повышение излученной мощности сигнала при работе радиопередающих устройств в радиолиниях с псевдослучайной перестройкой рабочей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561495
Дата охранного документа: 27.08.2015
13.01.2017
№217.015.8009

Гидроакустический зонд для измерения скорости звука в море

Изобретение относится к гидроакустическим измерениям и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в море с передачей измерительной информации на судно по гидроакустическому каналу связи. Сущность: после сброса гидроакустического зонда в морскую воду...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599916
Дата охранного документа: 20.10.2016
25.08.2017
№217.015.c684

Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука в воде до поверхности и до дна

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для формирования полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) в воде от поверхности до дна. Сущность: производят измерение гидрофизических параметров водной среды корабельной аппаратурой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618599
Дата охранного документа: 04.05.2017
26.08.2017
№217.015.e445

Бортовая система прогноза гидрофизических параметров

Бортовая система прогноза гидрофизических параметров (БСПГП) относится к области измерительной техники и может быть использована на НК и ПЛ. Техническим результатом является повышение точности и своевременности получения характеристик, а также их анализа и прогнозирования на текущий и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626211
Дата охранного документа: 24.07.2017
12.04.2023
№223.018.428d

Способ достроения измеренной от поверхности моря части профиля вертикального распределения скорости звука до дна

Использование: изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для формирования полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) в воде от поверхности моря до дна. Сущность: производят измерение гидрофизических параметров водной среды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002769550
Дата охранного документа: 04.04.2022
+ добавить свой РИД