устройство для снижения уровня помех в акустическом обтекателе

Формула изобретения

Устройство для снижения уровня помех в акустическом обтекателе, содержащее незвукопрозрачный экран, выполненный в виде полусферы, который размещен в кормовой части обтекателя, отличающееся тем, что в него введены звукопрозрачные электропроводящие изолированные друг от друга с помощью звукопрозрачных диэлектрических прокладок пластины-секции, размещенные по всей внутренней поверхности обтекателя, каждая из пластин-секций состоит из 2n+1 звукопрозрачных электропроводящих параллельных тонких пластин, изолированных друг от друга с помощью звукопрозрачных диэлектрических прокладок, расстояние между пластинами меньше четверти длины волны рабочей частоты гидролокатора в жидкости и пластины соединены электрически через одну в две группы пластин, кроме того, введены последовательно соединенные формирователь прямоугольных импульсов, запускающий вход которого соединен с синхронизирующим выходом гидролокатора, ключ, сигнальный вход которого соединен с первым выходом переключателя полярности, второй выход которого соединен с группами пластин, содержащими наружные пластины, и с корпусом судна, первый и второй входы которого соединены с выходами источника постоянного напряжения, а также коммутатор, вход которого соединен с выходом ключа, а выходы которого соединены с группами пластин, содержащими внутренние пластины, где n=1,2,... ,n.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к системам звукопоглощения и может быть использовано в судостроении, в частности на промысловых судах, оборудованных гидроакустическими рыбопоисковыми приборами, для снижения уровня звукового давления помех, обусловленных работой судовых механизмов и гребных винтов, в акустическом обтекателе в месте расположения акустического преобразователя.

Известны устройства для снижения уровня звукового давления от работы судовых механизмов и гребного винта в районе расположения преобразователя судового рыбопромыслового гидролокатора, содержащие незвукопрозрачный экран из листа с воздушными порами, расположенный в кормовой части обтекателя. Непрозрачность экрана обеспечивается благодаря наличию воздуха в порах резины (В.М. Болгов, Д.Д. Плахов, В.Е. Яковлев. Акустические шумы и помехи на судах. - Л.: Судостроение, 1984, с.116).

Недостатком аналога является низкая эффективность звукопоглощения экрана, выполненного в виде листа резины с воздушными порами, поскольку воздушные поры, как правило, обладают слабо выраженными резонансными свойствами. Добротность газовых полостей низка, резонансные размеры их, как правило, значительно различаются, поэтому они рассеивают энергию падающего на них акустического излучения в широкой полосе частот, но с малой эффективностью.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности является устройство для снижения ультразвукового давления от работы винта в районе расположения вибратора судового поискового прибора, содержащее незвукопрозрачный экран, выполненный в виде полусферы, состоящей из замкнутой тонкостенной оболочки, заполненной воздухом, обращенной выпуклой частью к вибратору рыбопоискового прибора, который размещается в кормовой части обтекателя (А.С. СССР 501370, МКИ G 01 S 9/70, БИ N 4, 1976, с.130).

К недостаткам прототипа следует отнести низкую эффективность используемого экрана, поскольку применение полусферы в качестве экранирующего тела целесообразно лишь в тех случаях, если вибратор рыбопоискового прибора имеет габариты, не превосходящие радиуса полусферы, и может быть расположен вблизи от ее поверхности. Кроме того, с помощью прототипа невозможно снижение уровня шумов, попадающих в обтекатель с других направлений, отличных от кормового.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение дальности действия поискового гидролокатора за счет снижения уровня помех в районе расположения акустического преобразователя гидролокатора, что обеспечивается за счет размещения по всей внутренней поверхности обтекателя звукопрозрачных электропроводящих изолированных друг от друга пластин-секций, соответствующая коммутация и подача импульсного электролизного напряжения на которые позволяет сформировать непрозрачный экран из звукопоглощающего слоя монорадиусных пузырьков, размеры которых резонансны рабочей частоте акустического преобразователя гидролокатора, на любом заранее заданном участке поверхности обтекателя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности снижения уровня помех в акустическом обтекателе в районе расположения акустического преобразователя, что в свою очередь обеспечивает повышение дальности действия гидролокатора и увеличение достоверности получаемой информации о лоцируемых объектах.

Технический результат достигается за счет управления звукопрозрачностью по всей поверхности обтекателя, а не только его кормовой части, как это имеет место в случае прототипа, т.е. за счет экранирования всей поверхности обтекателя за исключением заданного сектора (телесного угла ему соответствующего), в направлении которого происходит излучение и прием акустических сигналов.

Наличие новых признаков - звукопрозрачных электропроводящих изолированных друг от друга пластин-секций, которые размещаются по всей внутренней поверхности акустического обтекателя, каждая из пластин-секций состоит из 2n+1 звукопрозрачных электропроводящих изолированных друг от друга параллельных пластин, соединенных электрически друг с другом через одну в две группы пластин, причем две крайние пластины соединены с корпусом судна-носителя, формирователя прямоугольных импульсов, ключа, переключателя полярности, источника постоянного напряжения, коммутатора, обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна".

Заявляемое техническое решение соответствует также критерию "изобретательский уровень", поскольку не обнаружено технических решений с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость", поскольку может быть использовано в судостроительной, приборостроительной промышленности для снижения уровня звукового давления помех, обусловленных работой судовых механизмов и гребных винтов с целью, например, повышения дальности действия судовых поисковых гидролокаторов, повышения достоверности полученной информации о подводной обстановке и лоцируемых объектах, а также в рыбодобывающей и других отраслях народного хозяйства для поиска объектов, представляющих определенный интерес.

Возможность достижения технического результата обусловлена следующими теоретическими выводами и результатами экспериментальных исследований. Известно, что за счет формирования вдоль металлической пластины в жидкости слоя газовых пузырьков возможно повышение звукопоглощения образующейся системы слоев, при этом максимальное звукопоглощение такой системы возможно лишь при использовании слоя монорадиусных пузырьков с размерами, резонансными частоте распространяющегося через него акустического излучения (Физические основы подводной акустики. Под ред. В.И. Мясищева. - М.: Советское радио, 1955, с.635). Известно также, что при подаче постоянного напряжения на электропроводящие пластины возникает электролиз, в процессе которого при прохождении постоянного тока через жидкость-электролит прикатодное и приаодное пространства обогащаются газовой фазой в виде водородных и кислородных пузырьков (В.О. Богоцкий. Основы электрохимии. - М.: Химия, 1988).

Благодаря тому, что газовые пузырьки (кислородные или водородные, что зависит от знака потенциала, подаваемого на электролизную пластину (изменение знака потенциала в заявляемом устройстве осуществляется с помощью вновь введенного переключателя)) начинают формироваться в один и тот же момент времени при включении электролизного тока, все они практически одновременно достигают одного и того же размера, резонансного частоте облучающего их акустического излучения. Таким образом, на всей поверхности электропроводящей пластины формируются монорадиусные пузырьки, резонансные частоте акустического излучения, расположенные практически рядом друг с другом в одной и той же плоскости. Поскольку поперечное сечение рассеяния пузырька, резонансного частоте облучающего его акустического излучения, в 21600 раз больше его геометрического сечения (Физические основы подводной акустики. Под ред. Мясищева В.И. - М.: Советское радио, 1955, с.609), то при включении электролизного тока через некоторое время поверхность электропроводящей пластины покрывается сплошным непрерывным тонким резонансным слоем газа, на котором в силу существенного различия в акустических сопротивлениях газа и воды происходит значительное затухание и рассеяние звуковых колебаний. Этим объясняется резкое повышение эффективности звукопоглощения формирующегося на электролизной пластине слоя монорадиусных пузырьков, достигающее в экспериментах 40-50 дБ (Ю.И. Кабарухин. Аномальное затухание звука на приграничных пузырьках, - Акустический журнал, М., МАИК Наука, 1994, т.40, 6, с.995-997). В докладе (Ю.И. Кабарухин. Высокоэффективная звукопоглощающая система пузырьковых слоев в жидкости. - Тезисы докладов 3 конференции стран СНГ по морской сейсмологии и сейсмометрии, М., НПО "ВНИИФТРИ", 1993, с.171) отмечалось, что акустические сигналы претерпевали значительно большее затухание на формирующейся системе пузырьковых слоев (в n раз) в случае использования не одной, а нескольких (n) параллельных звукопрозрачных электропроводящих пластин, изолированных друг от друга, которые электрически соединялись друг с другом через одну в две группы пластин, на которые подавались положительный и отрицательный потенциалы с источника постоянного напряжения (как это имеет место, например, в плоском конденсаторе). В предлагаемом устройстве в составе каждой из пластин-секций используется нечетное число (2n+1) звукопрозрачных электропроводящих параллельных пластин. Такой выбор обусловлен необходимостью сохранения неизменным электрического поля судна-носителя (которое может существенно измениться при подаче электролизного напряжения на пластины секции, особенно в случае, если крайние пластины (наружные) пластины пластины-секции не будут соединены электрически с корпусом судна), что достигается электрическим соединением одной из двух групп пластин, в составе которой находятся крайние (наружные) пластины, с корпусом судна-носителя.

В предлагаемом устройстве вся внутренняя поверхность обтекателя разделена на секторы. Минимальный размер сектора определяется площадью облучаемого акустическим преобразователем гидролокатора участка обтекателя. В зависимости от требований конкретно решаемой задачи размеры секторов могут существенно различаться. Над каждым сектором на всей внутренней поверхности обтекателя размещаются вновь введенные звукопрозрачные электропроводящие плоские изолированные друг от друга пластины-секции, каждая из которых состоит из 2n+1 параллельных звукопрозрачных электропроводящих пластин, изолированных друг от друга с помощью диэлектрических прокладок и соединенных электрически друг с другом через одну в две группы пластин, причем группа пластин, в состав которой входят две крайние (наружные) пластины, соединена электрически с корпусом судна-носителя. С помощью вновь введенных формирователя прямоугольных импульсов, ключа, переключателя полярности напряжения, источника постоянного напряжения формируется импульсное электролизное напряжение, которое с помощью вновь введенного коммутатора в зависимости от цели решаемой задачи подается на ту или иную пластину-секцию или группу пластин-секций. В результате на заданном участке звукопрозрачной поверхности обтекателя формируется звукопоглощающее покрытие, состоящее из слоев монорадиусных пузырьков с размерами, резонансными частоте акустического преобразователя гидролокатора, которое экранирует преобразователь от помех с рабочей частотой гидролокатора в заданном секторе и тем самым снижает уровень помех в обтекателе. Таким образом повышается эффективность снижения уровня помех в акустическом обтекателе в районе расположения акустического преобразователя.

Предлагаемое изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 приведена конструкция обтекателя и структурная схема устройства, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для снижения уровня помех в акустическом обтекателе содержит гидролокатор 1, формирователь 2 прямоугольных импульсов, запускающий вход которого соединен с синхронизирующим выходом гидролокатора 1, ключ 3, управляемый вход которого соединен с выходом формирователя 2 прямоугольных импульсов, источник 4 постоянного напряжения, первый и второй выходы которого (положительная и отрицательная клеммы) соединены с первым и вторым входами переключателя 5 полярности напряжения (в качестве переключателя полярности возможно использование обычного тумблера с двумя группами переключающих контактов, соединенных перекрестно), первый выход которого соединен с группами пластин, в которые входят наружные пластины всех пластин-секций, и с корпусом судна-носителя, а второй выход которого соединен с сигнальным входом ключа 3, коммутатор 6 (в простейшем случае состоящий из n тумблеров, число которых равно числу пластин-секций, первые выводы тумблеров соединены между собой и являются входом коммутатора), вход которого соединен с выходом ключа 3, звукопрозрачные электропроводящие параллельные пластины 7, 8, 9, изолированные друг от друга с помощью диэлектрических звукопрозрачных прокладок 10 (в нашем случае для простоты и наглядности рисунка число пластин, входящих в состав каждой пластины-секции, выбрано равным 3, т.е. для n=1: 2n+1=3, в этом случае при электрическом соединении крайних (наружных) пластин образуется пластина-секция, состоящая из двух групп пластин, в которые входят соответственно две наружние и одна внутренняя пластины, к примеру, для n=2 одна группа пластин будет содержать 3 пластины (из них две наружные), а вторая группа будет содержать две пластины, причем соединены пластины между собой подобно обкладкам воздушного конденсатора, только вместо воздуха - диэлектрика (как в конденсаторе) в нашем случае находится морская вода-электролит, которой обычно заполнен обтекатель; расстояние между параллельными пластинами строго не регламентируется, поскольку практически (как показывают эксперименты) не влияет на величину звукопоглощения образующейся системы слоев, однако, с точки зрения минимизации размеров устройства это расстояние не должно превышать четверти длины волны акустического излучения в жидкости, заполняющей обтекатель), каждая группа, состоящая только из внутренних пластин 9 (в нашем случае, для n=1 это одна пластина 9) соединена с соответствующими выходами коммутатора 6 (с соответствующими вторыми выводами n тумблеров, из которых состоит коммутатор 6), все пластины-секции изолированы друг от друга с помощью диэлектрических прокладок 10 (если обтекатель металлический или из другого электропроводящего материала, то пластины-секции изолируются от токопроводящей поверхности обтекателя с помощью тех же диэлектрических звукопрозрачных прокладок 10). В качестве примера использован обтекатель, конструкция которого приведена в описании к А.с. СССР 501370. Звукопрозрачная оболочка обтекателя 11 соединена через фланец 12 с корпусом судна 13. В кормовой части обтекателя размещено устройство, незвукопрозрачный экран которого представляет собой полусферу 14, состоящую из замкнутой тонкостенной оболочки, заполненной воздухом и обращенной выпуклой частью к акустическому преобразователю гидролокатора 15.

Устройство для снижения уровня помех в обтекателе работает следующим образом. Задними фронтами синхроимпульсов U1, снимаемых с синхронизирующего выхода гидролокатора 1, длительность Т_и и период следования которых соответствуют необходимым длительности и периоду следования излучаемых зондирующим импульсов U2 с гармоническим заполнением частоты f, запускается формирователь 2 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы U3 длительностью Т. Под воздействием последних на выходе ключа 3, сигнальный вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения 4 через переключатель полярности 5, формируется импульсное напряжение U4 (например, отрицательное, как показано на фиг.2, или положительное, в зависимости от положения переключателя полярности 5), которое подается через коммутатор 6 на необходимые пластины-секции, состоящие из n пластин 9. За временной промежуток длительностью Т под воздействием напряжения U4 на поверхности электропроводящих звукопрозрачных пластин 7, 8, 9 формируется слой монорадиусных пузырьков с размерами, резонансными рабочей частоте гидролокатора f. В результате резко повышается звукопоглощение акустических сигналов и помех на частоте f, обусловленных работой судовых механизмов и гребных винтов, на любом заранее выбранном участке обтекателя. Уровень звукового давления помех в районе расположения акустического преобразователя 15 снижается, что эквивалентно, например, повышению дальности действия гидролокатора и увеличению достоверности получаемой информации о локационной обстановке под водой и о лоцируемых объектах.