DE3319912A1 - Cylindrical sonar antenna for sending and receiving acoustic waves in sea for detection of e.g. submerged ships, has elastic tube embedded parallel to transducers and made of elastomeric material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sonarantenne mit einer reflektierenden Trägerstruktur.The invention relates to a sonar antenna with a reflective support structure.
Die Erfindung befaßt sich mit dem technischen Gebiet der Konstruktion von Sende- und Empfangs-Sonarantennen.The invention relates to the technical field of construction of transmitting and receiving sonar antennas.
Sonarantennen enthalten elektroakustische Wandler, z. B. piezoelektrische Wandler, die in einer ebenen oder zylindrischen Gruppierung angeordnet sind und dazu bestimmt sind, Schallwellen auszusenden oder zu empfangen, im allgemeinen in einem flüssigen Medium, z. B. im Meer, zur Detektion von Fischschwärmen, untergetauchten Schiffen oder Hindernissen.Sonar antennas contain electroacoustic transducers, eg. As piezoelectric transducers, which are arranged in a planar or cylindrical array and are intended to emit or receive sound waves, generally in a liquid medium, for. As in the sea, for the detection of schools of fish, submerged ships or obstacles.
Im allgemeinen umfaßt eine Antenne eine Trägerstruktur, die eben oder zylindrisch ist und auf der die elektroakustischen Wandler reihenförmig befestigt sind.In general, an antenna comprises a support structure which is flat or cylindrical and on which the electro-acoustic transducers are mounted in rows.
Um die Richtwirkung und die Empfindlichkeit sowie das Signal/Rauschverhältnis zu verbessern, werden Reflektoren, die Schallwellen reflektieren, zwischen den Wandlern und der Trägerstruktur eingefügt.In order to improve the directivity and the sensitivity as well as the signal-to-noise ratio, reflectors that reflect sound waves are inserted between the transducers and the support structure.
Bei Antennen, die in große Tiefen abgesenkt werden sollen, müssen die Reflektoren hohe hydrostatische Drücke aushalten, ohne ihre Eigenschaften bezüglich der Reflexion von Schallwellen zu verlieren; dieses Problem ist noch nicht befriedigend gelöst, insbesondere bei Antennen mit Wandlern für niedrige Frequenzen in der Größenordnung von einigen Kilohertz.For antennas that are to be lowered to great depths, the reflectors must withstand high hydrostatic pressures without losing their properties regarding the reflection of sound waves; This problem has not yet been satisfactorily solved, especially in antennas with low frequency transducers of the order of a few kilohertz.
Es sind bereits Schirme bekannt, die gegen Geräusche abschirmen und auf der Außenseite des Rumpfes eines Unterseebootes zwischen dem Rumpf und einer außerhalb des Rumpfes angeordneten Sonarantenne befestigt sind und die Übertragung von Störgeräuschen zwischen dem Unterseeboot und der Sonarantenne dämpfen sollen. Ein solcher Schirm, der aus abgeflachten Rohren zusammengesetzt ist, die in ein Elastomermaterial eingebettet sind, ist aus der
Bei einer solchen Anwendung sind die Rohre entweder in einer Richtung senkrecht zur Außenoberfläche abgeflacht oder aber in mehreren Lagen angeordnet, wobei die Rohre einer Lage in einer Richtung senkrecht zur Abflachungsrichtung der Rohre der benachbarten Lagen abgeflacht sind.In such an application, the tubes are either flattened in a direction perpendicular to the outer surface or arranged in multiple layers, the tubes of a layer being flattened in a direction perpendicular to the flattening direction of the tubes of the adjacent layers.
Durch die Erfindung wird eine neue Anwendung eines derartigen Materials vorgeschlagen, und zwar nicht als absorbierender Schirm, sondern als sowohl tragende als auch reflektierende Struktur einer Sonarantenne.The invention proposes a new application of such a material, not as an absorbing screen but as a supporting and reflecting structure of a sonar antenna.
Bei dieser neuen Anwendung werden nicht nur die akustischen Eigenschaften des Materials ausgenutzt, sondern auch die mechanischen Eigenschaften, die auf den elastischen Rohren beruhen, welche in das Material eingebettet sind und diesem ermöglichen, hohen hydrostatischen Drücken zu widerstehen und als Trägerstruktur für die Gesamtheit der Elemente zu dienen, aus denen eine Sonarantenne besteht.This new application utilizes not only the acoustic properties of the material but also the mechanical properties based on the elastic tubes embedded in the material, which allow it to withstand high hydrostatic pressures and as a support structure for all the elements to serve, which consists of a sonar antenna.
Die erfindungsgemäßen Sonarantennen umfassen in an sich üblicher Weise elektroakustische Wandler, die in einer zylindrischen oder ebenen Gruppierung von Zeilen oder Reihen angeordnet und an einer zylindrischen oder ebenen Trägerstruktur befestigt sind.The sonar antennas according to the invention comprise in a conventional manner electroacoustic transducers arranged in a cylindrical or planar array of rows or rows and fixed to a cylindrical or planar support structure.
Die erfindungsgemäße Antenne ist dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstruktur auch eine reflektierende Struktur ist, welche elastische Rohre enthält, die parallel zu den Reihen von Wandlern und in ein Elastomermaterial eingebettet sind.The antenna according to the invention is characterized in that the support structure is also a reflecting structure containing elastic tubes embedded parallel to the rows of transducers and in an elastomeric material.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die elastischen Rohre in einer Richtung abgeflacht, die senkrecht zu den Reihen von Wandlern und im wesentlichen parallel zu den Außenflächen ist.According to a preferred embodiment, the elastic tubes are flattened in a direction perpendicular to the rows of transducers and substantially parallel to the outer surfaces.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die abgeflachten Rohre in mehreren Lagen angeordnet, die zu den Außenflächen parallel sind.According to a further advantageous embodiment, the flattened tubes are arranged in a plurality of layers, which are parallel to the outer surfaces.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung haben die Rohre der verschiedenen Lagen Abmessungen, die von der Außenoberfläche zur Innenseite hin zunehmen.According to an advantageous development, the tubes of the various layers have dimensions which increase from the outer surface to the inner side.
Bei einer zylindrischen Ausführungsform der Sonarantenne sind die abgeflachten Rohre jeder Lage an den Seiten eines gleichmäßigen Polygons angeordnet, das auf die Achse der Antenne zentriert ist; gemäß einer anderen Ausführungsform haben sie die gewölbte Form von Kreisbögen, die auf der Achse der Antenne zentriert sind, und sie sind in kreisförmigen konzentrischen Lagen angeordnet.In a cylindrical embodiment of the sonar antenna, the flattened tubes of each ply are disposed on the sides of a uniform polygon centered on the axis of the antenna; according to another embodiment, they have the domed shape of circular arcs centered on the axis of the antenna and they are arranged in circular concentric layers.
Bei den erfindungsgemäßen Sonarantennen werden die Wandler von einer Struktur getragen, die sowohl tragend als auch reflektierend ist.In the sonar antennas according to the invention, the transducers are supported by a structure that is both load-bearing and reflective.
Die elastischen abgeflachten Rohre, die Bestandteil des zentralen Körpers der Struktur sind, haben eine gute mechanische Festigkeit gegenüber dem hydrostatischen Druck, so daß die erfindungsgemäße Antenne in große Tiefen abgesenkt werden kann, ohne ihre akustischen Reflektorqualitäten zu beeinträchtigen und dauerhafte Deformierungen zu erfahren.The elastic flattened tubes, which are part of the central body of the structure, have a good mechanical strength against the hydrostatic pressure, so that the antenna according to the invention can be lowered to great depths without their acoustic reflector qualities impair and experience permanent deformations.
Gegenüber herkömmlichen Sonarantennen mit einer Trägerstruktur und einem akustischen Reflektor, welcher diese Struktur einhüllt und von dieser getragen wird, haben die erfindungsgemäßen Antennen den Vorteil eines einfacheren Aufbaus und einer größeren Robustheit sowie besserer Betriebsdaten im eingetauchten Zustand.Compared to conventional sonar antennas with a support structure and an acoustic reflector which envelops and is supported by this structure, the antennas according to the invention have the advantage of simpler construction and greater robustness as well as better operating data in the immersed state.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments and from the drawings, to which reference is made. In the drawing show:
Die in
Die Trägerstruktur
Die Rohre
Aus dieser
Bei den dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Rohre
Die Rohre
Die Wandler
In an sich bekannter Weise werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn die Wandler in einem Abstand von der reflektierenden Oberfläche angeordnet sind, der gleich K λ/2 ist, worin λ die Wellenlänge der Schallwellen und K eine ganze Zahl ist.In a manner known per se, the best results are achieved when the transducers are arranged at a distance from the reflecting surface equal to K λ / 2, where λ is the wavelength of the sound waves and K is an integer.
In dem oft gegebenen Fall, daß die Empfangsantenne in einem großen Frequenzbereich arbeitet, wird ein Hohlkörper
Die Abmessungen der Rohre ändern sich in demselben Sinne wie die Wellenlänge λ der Schallwellen, die von ihnen am besten reflektiert werden, so daß die von den Wandlern am weitesten entfernten Rohre, welche die niedrigen Frequenzen reflektieren, dicker sind, während die der Außenfläche benachbarten Rohre kleiner sind. Die Rohre
Bei einer anderen Ausführungsform sind die abgeflachten Rohre
Die
Diejenigen Elemente der Antenne, die denen in den
Die in den
Ein Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Antennen ist die Konstruktion von Niederfrequenz-Sendeantennen, die dazu bestimmt sind, Schiffe auszurüsten, die auf große Entfernung erfassen sollen. Es ist nämlich bekannt, daß auf niedriger Frequenz aussendende Wandler eine geringe Richtwirkung haben.One field of application of the antennas according to the invention is the construction of low-frequency transmitting antennas intended to equip ships to be detected at a great distance. Namely, it is known that low-frequency transducers have a low directivity.
Ein großer Teil der Schallenergie wird zu dem Reflektor ausgesendet und durch diesen in dem Maße reflektiert, wie die Wandler sich in einer Entfernung von den reflektierenden Oberflächen befinden, die gleich K λ/2 ist, wobei die reflektierten Wellen in Phase mit den von den Wandlern abgestrahlten Wellen sind.A large part of the sound energy is emitted to and reflected by the reflector as the transducers are located at a distance from the reflecting surfaces equal to K λ / 2, the reflected waves being in phase with those of the transducers are radiated waves.
Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen reflektierenden Strukturen ist die Konstruktion von Sonar-Empfangsantennen.Another application of the reflective structures of the invention is the construction of sonar receiving antennas.
Die Schallwellen werden durch die reflektierende Struktur zu den Hydrophonen hin reflektiert, wodurch sich eine Verbesserung der Gesamtempfindlichkeit der Antenne ergibt.The sound waves are reflected by the reflecting structure towards the hydrophones, resulting in an improvement in the overall sensitivity of the antenna.
Die beschriebenen Antennen sind zylindrisch. Es muß aber betont werden, daß diese Form nicht einschränkend ist und die beschriebenen reflektierenden Trägerstrukturen auch für ebene Sonarantennen verwendet werden können, ebenso wie für teilzylinderförmige oder kugelförmige Antennen.The antennas described are cylindrical. However, it must be emphasized that this shape is not limiting and the described reflective support structures can also be used for plane sonar antennas, as well as for partially cylindrical or spherical antennas.
Die Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele, bei denen der zentrale Hohlkörper
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1983
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