DE2911505C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines eingetauchten akustischen Reflektors und einen nach diesem Verfahren hergestellten Reflektor. Allgemein befaßt sich die Erfindung mit neuartigen akustischen Reflektoren, die zum Eintauchen bestimmt sind, und mit Verfahren zur Herstellung derselben.

Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Unterwas­ serakustik, insbesondere Unterseeakustik.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades und der Richtwirkung von eingetauchten Sendern oder Empfängern für akustische Wellen in Sonarsystemen müssen diese bekanntlich mit einem akusti­ schen Reflektor ausgerüstet werden, der auf der Rückseite der Wandler angeordnet wird.

Es ist ferner bekannt, daß die Grenzfläche zwischen einer Gasschicht, z. B. Luft, und Wasser eine reflektierende Ober­ fläche bildet, die ein sehr gutes Reflexionsvermögen auf­ weist, und zwar wegen der sehr ausgeprägten Diskontinuität der akustischen Impedanz zwischen der Luft und dem Wasser.

In der DE-OS 15 72 400 sind bereits akustische Reflekto­ ren vorgeschlagen, die ein Luftvolumen enthalten. Ferner sind in der US-PS 30 21 504 akustische Reflektoren er­ wähnt, bei denen Luftzellen in Gummimatten gebildet sind. Derartige akustische Reflektoren eignen sich jedoch nicht für sehr große Eintauchtiefen in der Größenordnung von mehreren hundert oder mehreren tausend Metern, denn das von dem Wasserdruck komprimierte Luftvolumen ändert seine Abmessungen, und das Reflexionsvermögen ändert sich mit der Eintauchtiefe.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen akustischen Reflektor zu schaffen, der aus einer Grenzfläche zwischen einer Gas­ schicht und einer Flüssigkeit gebildet ist und der in sehr großen Eintauchtiefen verwendet werden kann und dabei ein gutes Reflexionsvermögen bewahrt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines eingetauchten akustischen Reflektors gelöst, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei nahe beieinan­ der angeordnete Elektroden in eine elektrolysefähige Flüssig­ keit eingetaucht werden, wobei wenigstens eine der Elektroden aus einer Platte gebildet ist, deren der anderen Elektrode zugewandte Seite aus einem Material gebildet ist, das Gas­ bläschen festhält, und daß die beiden Elektroden, wenn sie die Eintauchtiefe erreicht haben, an die zwei Anschlüsse einer Gleichstromquelle angeschlossen werden und die Flüssig­ keit einer Elektrolyse unterzogen wird, indem ein Strom er­ zeugt wird, dessen Intensität in Abhängigkeit von der Ein­ tauchtiefe eingestellt wird, so daß die genannte, die Gas­ bläschen festhaltende Oberfläche mit einer im wesentlichen durchgehenden bzw. kontinuierlichen Schicht aus feinen Gas­ bläschen bedeckt wird, die durch die Elektrolyse der Flüssig­ keit erzeugt werden, diese Schicht eine reflektierende Oberfläche bildet.

Vorzugsweise wird zwischen den beiden Elektroden ein zellen­ förmiges oder faserförmiges Material angeordnet, das die Gasbläschen festhält.

Der erfindungsgemäße eingetauchte akustische Reflektor ist gebildet aus zwei nahe beieinander angeordneten Elektroden, die in eine elektrolysierbare Flüssigkeit, insbesondere Salz­ wasser, eingetaucht sind und jeweils an einen von zwei An­ schlüssen einer Gleichstromquelle über Einrichtungen ange­ schlossen sind, die eine Überwachung und Einstellung der Intensität des Elektrolysestroms gestatten, wobei wenigstens die eine der Elektroden eine ebene oder gekrümmte Platte ist, deren der anderen Elektrode zugewandte Seite aus einem Material gebildet ist, das die Gasbläschen festhält, so daß diese Seite sich mit einer praktisch durchgehenden Schicht aus feinen Gasbläschen bedeckt, die von der Elektrolyse der Flüssigkeit herrühren, wobei diese Schicht eine reflektie­ rende Oberfläche bildet.

Vorzugsweise ist der Zwischenraum zwischen den beiden Elek­ troden mit zellenförmigem oder faserartigem Material ausge­ stattet, das die Gasbläschen festhält.

Eine besondere Ausführungsform des eingetauchten akusti­ schen Reflektors ist zusammengesetzt aus:

• - zwei plattenförmigen, ebenen oder gekrümmten Elektroden, die zueinander parallel und durch einen geringen Zwischenab­ stand voneinander getrennt sind;
• - eine Schicht aus einem zellenartigen oder faserigen Mate­ rial, das elektrisch isoliert und den Zwischenraum ausfüllt; und
• - zwei Außenplatten, die gegen die Außenseiten der zwei Elektroden anliegen und aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sind, das eine akustische Impedanz auf­ weist, die derjenigen des Meerwassers ähnlich ist, wobei diese Platten durch Spannelemente bzw. Spannbolzen miteinan­ der verbunden sind.

Die beiden Elektroden sind z. B. durch ein Gitter mit sehr feinen Maschen aus leitenden Fasern oder Drähten gebildet, die korrosionsbeständig sind, z. B. Carbonfasern. Die beiden Elektroden können aus einem gesinterten Pulver aus leiten­ dem, korrosionsbeständigen Material gebildet sein, z. B. aus gesintertem Nickel.

Durch die Erfindung werden neuartige akustische Reflektoren geschaffen, die in großen Eintauchtiefen von mehreren tausend Metern verwendet werden können.

Die Gasbläschen werden nämlich an Ort und Stelle durch Elek­ trolyse gebildet, und durch Einstellung der Intensität des Elektrolysestroms in Abhängigkeit von der Tiefe wird es er­ möglicht, eine praktisch durchgehende bzw. kontinuierliche Schicht aus feinen Gasbläschen zu erhalten, die an den Elek­ trodenwandungen anhaften bleibt und eine gute reflektierende Oberfläche bildet.

Da die Elektroden nahe beieinander angeordnet sind, ist es nicht erforderlich, eine hohe Spannung anzulegen. Eine Gleich­ spannung von einigen Volt reicht aus, um die Elektrolyse des Meerwassers durchzuführen.

Die erfindungsgemäßen Reflektoren eignen sich besonders gut zur Ausrüstung von Sonar-Geräten bzw. Unterwasser-Ultraschall­ peilgeräten, die in Verbindung mit Unterseebooten eingesetzt werden. In diesem Falle können die Akkumulatorbatterien des Unterseebootes verwendet werden, um den Reflektor durch Elektrolyse zu bilden.

Das faserige oder zellenförmige Material zwischen den Elek­ troden hat die Aufgabe, die Gasbläschen festzuhalten und folglich den Stromverbrauch für die Elektrolyse herabzusetzen. Wenn dieses dazwischen angeordnete Material fehlt, so wird ein Teil der Gasbläschen freigesetzt und muß ständig durch Elektrolyse ersetzt werden.

Ein weiterer Vorteil des dazwischen angeordneten Materials, das die Freisetzung der Gasbläschen einschränkt, besteht darin, daß ein mit dem erfindungsgemäßen Reflektor ausge­ rüstetes Sonargerät weniger leicht durch die Bläschen erkannt wird, die von ihm freigesetzt werden.

Einzelheiten mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines eingetauchten aku­ stischen Reflektors für Unterseeanwendung;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht der in Fig. 1 gezeigten An­ ordnung; und

Fig. 3 einen Axialschnitt einer zylindrischen Sonar-Untersee­ antenne mit einem erfindungsgemäßen Reflektor.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein akustisches Untersee-Reflektorele­ ment. Dieses Element ist zusammengesetzt aus zwei Elektroden 2, 3, die an die Anschlüsse einer Gleichstromquelle 4 angeschlos­ sen sind, z. B. eine Akkumulatorbatterie, die sich an Bord eines Unterseebootes befindet. Ein variabler Widerstand 5 oder irgendeine andere äquivalente Einrichtung ermöglicht eine Änderung der Spannung zwischen den Elektroden und Einstel­ lung des dazwischen fließenden Stroms.

Die beiden Elektroden 2, 3 weisen die Form von sehr nahe beieinander angeordneten parallelen Platten auf, wobei der Abstand voneinander z. B. einige Zentimeter beträgt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel sind die Elektroden ebene Platten; die Platten können jedoch auch gekrümmt sein.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel ist ein Untersee-Reflektor, und die beiden Elektroden 2, 3 sind in das leitende Meerwasser eingetaucht, so daß beim Aufbau einer Potentialdifferenz von einigen Volt zwischen den Elek­ troden das Meerwasser durch Elektrolyse zersetzt wird und Sauerstoff und Wasserstoff entstehen läßt, die in Form von Gasbläschen 6 an den beiden Elektroden erscheinen.

Die Elektroden 2, 3 sind wenigstens auf ihren einander zuge­ wandten Flächen aus einem Material gebildet, an dem die Gas­ bläschen so lange anhaften, wie ihre Abmessungen klein sind, so daß die Innenseiten der beiden Elektroden mit einer im wesentlichen kontinuierlichen bzw. durchgehenden Bläschen­ schicht bedeckt sind und die Grenzschicht zwischen dem Wasser und der Bläschenschicht eine reflektierende Oberfläche für die akustischen Wellen bildet.

Die Abmessungen der Bläschen hängen von der Eintauchtiefe und von der Stärke des Elektrolysestroms ab. Die Intensität des Stroms wird in Abhängigkeit von der Tiefe variiert, um Bläschen zu erhalten, deren Abmessung eine Bläschenschicht mit gutem Reflexionsvermögen gewährleistet.

Die Elektroden 2, 3 sind z. B. aus einem Gitter mit sehr fei­ nen Maschen aus Drähten oder Fasern aus gut leitendem und korrosionsbeständigem Material gebildet, z. B. aus Carbon­ fasern. In diesem Falle werden die Bläschen an den Maschen des Gitters festgehalten.

Es können auch Elektroden 2, 3 aus einem porösen Material verwendet werden, z. B. aus gesintertem Pulver aus gut lei­ tendem, korrosionsbeständigen Material, z. B. Elektroden aus gesintertem Nickel. In diesem Falle bleiben die Glasbläschen an den Poren der Elektroden angeheftet.

Vorzugsweise ist der Zwischenraum zwischen den beiden Elek­ troden 2, 3 mit einer Schicht 7 aus einem zellenförmigen oder faserigen Material ausgestattet, das die Gasbläschen fest­ hält und verhindert, daß diese sich von den Elektroden lösen und in großer Menge nach oben freigesetzt werden.

Die Schicht 7 ist z. B. aus einem synthetischen Schaum, der steif oder geschmeidig sein kann und offene Zellen aufweist, so daß der Elektrolyt durch die Schicht hindurch zirkulieren kann, gebildet. Die Schicht 7 kann auch eine Fasermatte sein, z. B. aus Glasfasern. Das Material der Schicht 7 muß natürlich ein guter elektrischer Isolator sein, korrosionsbeständig gegenüber Meerwasser und für dieses durchlässig sein.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Reflektorelement enthält ferner zwei Außenplatten 8, 9, die gegen die Außenseiten der beiden Elektroden 2, 3 gelegt sind. Diese Platten sind unter­ einander durch Gewindestangen 10 aus Isolierstoff verbunden, z. B. aus Kunststoff, und durch Muttern 11, die auf die Ge­ windestangen 10 aufgeschraubt sind.

Die Platten 8, 9 sind aus elektrisch isolierendem Material mit einer akustischen Impedanz, die derjenigen des Meeres­ wassers gleicht, so daß sie akustisch transparent sind. Die Platten 8, 9 sind z. B. aus einem steifen Plastikmaterial, z. B. Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Methylmethacrylat usw. Die Elektroden 2, 3 können gegen die Innenseiten der Platten 8, 9 geklebt sein oder einfach durch die Zugelemente bzw. Gewinde­ stangen 10 zusammengedrückt gehalten werden.

Die Platten 8, 9 enthalten vorzugsweise Perforierungen 9 a, die den Durchfluß des Meereswassers im Zwischenraum zwischen den Elektroden erleichtern.

Fig. 1 und 2 stellen ein Reflektorelement mit rechtwinkeliger bzw. quadratischer Form dar. Zur Herstellung von Reflektoren großer Oberfläche werden gleiche Elemente 1 nebeneinander angeordnet; in diesem Falle werden die Elektroden gleicher Polarität der verschiedenen Elemente parallel an die An­ schlüsse der Quelle 4 angeschlossen.

Fig. 1 und 2 zeigen ein in das Meereswasser eingetauchtes Untersee-Reflektorelement.

Im Falle eines Reflektors, der in reines, nicht leitendes Wasser eingetaucht wird, z. B. in einem See, wird jedes Element 1 in einer dichten Hülle aus akustisch transparentem Material eingeschlossen, und diese Hülle wird durch eine Flüssigkeit ausgefüllt, die leitfähig und elektrolysierbar ist.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Reflektors, mit dem eine zylindrische Antenne ausge­ rüstet ist, deren Achse in Richtung zz 1 verläuft, was bei der Unterseeakustik häufig der Fall ist.

In Fig. 3 sind elektroakustische Wandler 12 dargestellt, z. B. Unterwasser-Hochgeräte, die säulenförmig auf der Außenseite des Reflektors angeordnet sind.

Der Reflektor enthält eine erste mittlere Elektrode 13, die stangen- oder stabförmig ausgebildet und in der Achse ange­ ordnet ist. Er enthält ferner eine zweite, äußere zylinder­ förmige Elektrode 14, die koaxial zur Elektrode 13 ist und diese umhüllt. Die Elektrode 14 ist wie die Elektroden 2, 3 aus einem Material, das Gasbläschen festhält. Es ist zu be­ tonen, daß die Elektrode 14 ebenso wie die Elektroden 2, 3 auch aus einer Metallplatte oder Graphitplatte gebildet sein können, die nur auf ihrer Innenseite einen Überzug aus einem Material aufweisen, das die Gasbläschen festhält. Der Raum zwischen der mittleren Elektrode 13 und der zylindrischen Elektrode 14 ist vorzugsweise mit einer Schicht 15 aus zellen­ förmigem oder faserigem Material ausgefüllt, das analog dem­ jenigen ist, das die Schicht 7 bildet, und das dieselbe Funk­ tion erfüllt.

Die Elektrode 14 ist von einer zylindrischen Platte 16 aus einem isolierenden, akustisch transparenten Material umgeben. Diese Platte 16 trägt die Wandler 12.

In Fig. 3 ist eine Schicht 17 aus Gasbläschen gezeigt, die auf der Innenoberfläche der Elektrode 14 unter dem Einfluß der Zersetzung des Wassers durch Elektrolyse entsteht. Diese Schicht 17 bleibt an der Elektrode 14 angeheftet und bildet die reflektierende Oberfläche.

Für die Erzeugung eines erfindungsgemäßen Reflektors wird dieser zunächst eingetaucht, und wenn dieser die gewünschte Eintauchtiefe erreicht hat, wird ein Elektrolysestrom erzeugt, um direkt an der Einsatzstelle die Bläschenschicht zu bilden. Sobald die Bläschenschicht gebildet ist, wird ein Strom ge­ ringer Intensität zwischen den Elektroden aufrechterhalten, um die freigesetzten Bläschen zu ersetzen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines eingetauchten akusti­ schen Reflektors, dadurch gekennzeichnet, daß zwei nahe beieinander angeordnete Elektroden in eine elektrolysier­ fähige Flüssigkeit eingetaucht werden, wobei wenigstens eine der Elektroden aus einer Platte gebildet ist, deren der anderen Elektrode zugewandte Seite aus einem Material gebildet ist, das Gasbläschen festhält, und daß die beiden Elektroden, wenn sie die Eintauchtiefe erreicht haben, an die zwei Anschlüsse einer Gleichstromquelle angeschlossen werden und die Flüssigkeit einer Elektrolyse unterzogen wird, in dem ein Strom erzeugt wird, dessen Intensität in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe eingestellt wird, so daß die genannte, die Gasbläschen festhaltende Oberfläche mit einer im wesentlichen durchgehenden bzw. kontinuierlichen Schicht aus feinen Gasbläschen bedeckt wird, die durch die Elektrolyse der Flüssigkeit erzeugt werden, wobei diese Schicht eine reflektierende Oberfläche bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden ein zellenförmiges oder fase­ riges Material angeordnet wird, das die Gasbläschen festhält und das für die elektrolysierfähige Flüssigkeit durchlässig ist.

3. Eingetauchter akustischer Reflektor, der durch ein Ver­ fahren nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er aus zwei nahe beieinander angeordneten Elektroden (2, 3) gebildet ist, die in eine elektrolysier­ fähige Flüssigkeit eingetaucht sind, insbesondere in Meeres­ wasser, und die jeweils an einen von zwei Anschlüssen einer Gleichstromquelle (4) über eine Einrichtung (Widerstand 5) angeschlossen sind, die eine Überwachung und Einstellung der Elektrolysestrom­ stärke gestattet, und daß wenigstens eine der beiden Elek­ troden (2, 3) eine ebene oder gekrümmte Platte ist, deren der anderen Elektrode zugewandte Seite aus einem Material gebildet ist, das die Gasbläschen (6) festhält, so daß diese Seite von einer im wesentlichen durchgehenden bzw. kontinu­ ierlichen Schicht aus feinen Gasbläschen (6) bedeckt wird, die durch die Elektrolyse der Flüssigkeit gebildet sind, wobei diese Schicht eine reflektierende Oberfläche bildet.

4. Eingetauchter akustischer Reflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (Schicht 7 oder 15) zwischen den beiden Elektroden (2, 3) mit einem zellenförmigen oder faserigen Material ausgestattet ist, das die Gasbläschen (6) festhält.

5. Eingetauchter akustischer Reflektor nach Anspruch 4, für Untersee- und Unterseeboot-Anwendungen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er gebildet ist aus:

• - zwei plattenförmigen, ebenen oder gekrümmten Elektroden (2, 3) die zueinander parallel und durch einen geringen Zwischen­ raum voneinander getrennt sind;
• - einer Schicht (7) aus einem zellenförmigen oder faserigen Material, das elektrisch isoliert und den Zwischenraum ausfüllt; und
• - zwei Außenplatten (8, 9), die gegen die Auußenseiten der zwei Elektroden gelegt sind und aus einem elektrisch isolierenden­ den Material mit einer akustischen Impedanz gebildet sind, die derjenigen des Meereswassers nahekommt, wobei diese Außen­ platten (8, 9) untereinander durch Zugelemente (10, 11) verbunden sind.

6. Eingetauchter akustischer Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (2, 3) aus einem Gitter mit sehr feinen Maschen aus leitenden, korrosionsbe­ ständigen Fasern oder Drähten bzw. Fäden gebildet sind, z. B. aus Carbonfasern.

7. Eingetauchter akustischer Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (2, 3) aus einem gesinterten Pulver aus leitendem, korrosionsbeständigem Material gebildet sind.

8. Eingetauchter akustischer Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenplatten (8, 9) perforierte Platten sind.

9. Eingetauchter akustischer Reflektor nach einem der An­ sprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch seine Verwendung bei einem Untersee-Reflektor mit großer Oberfläche, die aus Re­ flektorelementen von gleicher Form, die nebeneinander ange­ ordnet und parallel an die Anschlüsse der Gleichstromquelle (4) angeschlossen sind, gebildet ist.

10. Eingetauchter akustischer Reflektor nach Anspruch 3, mit zylindrischer Form, dadurch gekennzeichnet, daß er ge­ bildet ist aus einer mittleren stabförmigen Elektrode (13) und einer Außenelektrode (14) mit zylinderförmiger Oberfläche, die die mittlere Elektrode (13) umhüllt, und daß die Außenelektrode (14) aus einem Material gebildet ist, das die Gasbläschen fest­ hält.

11. Eingetauchter akustischer Reflektor nach Anspruch 3, der in eine nichtleitende Flüssigkeit eingetaucht ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (2, 3) in eine dichte Hülle aus einem akustisch durchlässigen bzw. trans­ parenten Material eingeschlossen sind und daß die Hülle mit einer leitenden, elektrolysierfähigen Flüssigkeit ausgefüllt ist.