DE3879538T2

DE3879538T2 - Akustischer tiefdruckreflektor fuer nachgiebige anordnungen.

Info

Publication number: DE3879538T2
Application number: DE8888106705T
Authority: DE
Inventors: Caprette, Jr
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1987-05-01
Filing date: 1988-04-27
Publication date: 1993-08-19
Anticipated expiration: 2008-04-28
Also published as: EP0288984B1; EP0288984A3; EP0288984A2; CA1328823C; JP2878284B2; JPS6447984A; US4821243A; DE3879538D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen für die Aussendung und/oder den Empfang sogenannter SONAR- (SOund NAvigation Ranging) oder ASDIC- (Anti-Submarine Detection Investigation Committee) Schallsignale im Bereich einer marinen Umgebung. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung Schallschirme oder sogenannte Reflektoren, die bei einer Verhinderung der Aussendung von Geräuschen aus einem Gebiet einer marinen Umgebung in ein anderes Gebiet einer marinen Umgebung nützlich sind und dadurch empfindliche akustische Anordnungen, die für die Aussendung oder den Empfang von Schallwellen-Formen konfiguriert sind, gegen Stör- oder unerwünschte Wellenformen abschirmen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Strukturen und Konfigurationen für solche Schallschirme oder Reflektoren und die Anpassung solcher Schallschirme oder Reflektoren für einen Einsatz in einer marinen Umgebung niedrigen hydrostatischen Drucks.

Hintergrund der Erfindung

Die Verwendung von Schallwellen-Formen beim Nachweis und der Identifizierung von Objekten und der Position derselben unterhalb des Spiegels der Oberfläche einer marinen Umgebung ist wenigstens seit den vierziger Jahren bekannt. Zwei grundlegende Systeme (aktiv und passiv), die Schallwellen- Formen verwenden, sind bei der weitaus überwiegenden Mehrheit der SONAR- oder ASDIC-Anwendungen in marinen Umgebungen bekannt. Bei dem sogenannten aktiven System werden Schallwellen-Formen durch die marine Umgebung ausgesandt. Wenn diese Schallwellen-Formen mit einem Objekt in Berührung gelangen, werden sie zum Teil zurück reflektiert, im allgemeinen in Richtung auf die Quelle der Aussendung, und können durch den Einsatz eines geeigneten Empfangsgeräts für die Schallwellen-Form an der Stelle oder in der Nachbarschaft der Stelle der Aussendung der Schallwellen-Form empfangen werden. Diese aktiven Systeme sind beispielsweise durch aktive SONAR-Systeme gekennzeichnet, die für die Aufspürung von Unterseebooten und dergleichen eingesetzt werden, und auch durch solche Einrichtungen wie Echo-Tiefenmeßgeräte und Fischsuchgeräte.
Als Alternative wurden sogenannte passive Systeme entwickelt, die so funktionieren, daß sie anderwärts erzeugte und durch die marine Umgebung hindurch übertragene Schallwellen-Formen empfangen. Derartige passive Systeme, typisiert durch eine passive SONAR-Apparatur, empfangen im allgemeinen Schallwellen-Formen, die durch Innengeräusche in einem unter der Oberfläche einer marinen Umgebung operierenden Unterseeboot erzeugt werden. Alternativ können solche passiven Systeme Schallwellen-Formen empfangen, die durch eine aktive, jedoch weit entfernte Quelle erzeugt und von einem Objekt innerhalb der marinen Umgebung reflektiert wurden. Passive Systeme finden großen Nutzen bei der Entdeckung des heimlichen Drucks oder der heimlichen Bewegung solcher Unterwasser-Objekte wie U-Boote und anderer, Geräusche erzeugender Unterwasser-Objekte.
Typischerweise kann es erforderlich sein, daß Anordnungen von Schallempfängern/-sendern, die für den Betrieb in solchen Systemen konfiguriert sind, Schallenergie mit einem Frequenz-Bereich von etwa 500 Hz bis etwa 2 500 kHz aussenden und/oder empfangen. Diese Frequenzen entsprechen Wellenlängen von etwa 3 m bis zu etwa 0,0006 m in Meerwasser, wobei die Wellenlängen einer gewissen Variation in Abhängigkeit von der Dichte des Wassers oder irgendeines anderen Materials, durch das sich die Wellen-Form fortpflanzt, unterliegen. Beispielweise werden die Wellenlängen beim Übergang von Meerwasser, das die marine Umgebung kennzeichnet, in einen Werkstoff, der ein Fenster bildet, beispielsweise in einer SONAR-Vorrichtung, verändert.
Reflektoren oder Schallschirme werden angebracht zur Verminderung und idealerweise Verhinderung der Geräusch-Übertragung von einem Gebiet in ein anderes. Idealerweise besteht ein sehr wirksames Mittel zur Verhinderung einer solchen Übertragung darin, eine nachgiebige Schicht zwischen die Quelle des Geräuschs und das zu schützende Gebiet zu bringen. Ein idealer Schallschirm könnte beispielsweise einfach eine Schicht aus Luft sein. Luft neigt jedoch dazu, nicht dort zu bleiben, wenn man sie in einer marinen Umgebung plaziert, sofern sie nicht eingeschlossen ist. Die kontinuierliche Einblasung oder Einleitung von Luft zur Bildung eines abschirmenden Films aus Blasen oder dergleichen in einer marinen Umgebung kann geräuschvoll sein, und wo Ruhe oder nahezu Ruhe erwünscht wird, kann ein solches Geräusch alle Vorteile oder gewünschten Effekte, die aufgrund der Anwesenheit der abschirmenden Luft in der marinen Umgebung verfügbar sind, zunichte machen.
Schallschirme oder Reflektoren mit Konstruktionen, bei denen eingeschlossene Luft ein schallabschirmendes oder reflektierendes Merkmal bereitstellt, sind bekannt und werden eingesetzt, beispielsweise durch die US-Navy unter den Bezeichnungen AD-XY, worin X und Y typischerweise Zahlen sind. Die Konstruktionen von Schallschirmen und Reflektoren sind typischerweise ein konzipierter Kompromiß zwischen der Erreichung einer angemessenen Nachgiebigkeit, um die notwendige akustische Gebrauchsleistung hinsichtlich der Abschirmung und die notwendige technische Konstruktionsleistung zur Erfüllung der durch die Arbeits-Umgebung gestellten mechanischen Anforderungen sicherzustellen. Diese mechanischen Anforderungen können besonders bei Hochdruck- Schallschirmen sehr groß sein, d.h. bei Schallschirmen, die so konfiguriert sind, daß sie hohe hydrostatische Drücke ohne Einbuße wesentlicher Schallabschirmungs-Eigenschaften aushalten, wie sie etwa in oder an tieftauchenden Unterseebooten oder dergleichen eingesetzt werden könnten.
Die DE-A-18 15 684 offenbart einen Unterwasser-Schallwellen- Reflektor, der aus einer bahnartigen Kernlage besteht, die ein Paar bahnartige Oberflächen aufweisen. Die Kernlage ist nicht zusammendrückbar, wohingegen die Oberflächenlagen aus einem zusammendrückbaren Material hergestellt sind.
Umgekehrt ist ein Niederdruck-Schallschirm einer, der prinzipiell für einen Betrieb an Objekten wie Oberflächen- Schiffen konfiguriert ist und typischerweise nicht den intensiven hydrostatischen Drücken ausgesetzt ist, die mit dem Tieftauchen verbunden sind. Diese Niederdruck-Schallschirme sind traditionell den konstruktiv steiferen Hochdruck-Schallschirmen nachgebildet und demzufolge relativ teuer, weniger als optimal in ihrer Schallabschirmungs- Gebrauchsleistung oder relativ uneinheitlich in ihrer Schallabschirmungs-Gebrauchsleistung.
Ein Niederdruck-Schallschirm einer einfachen preisgünstigen Bauart könnte im Handel von beträchtlichem Nutzwert sein. Insbesondere dort, wo ein Schallschirm oder Reflektor abgeschirmt wird oder nicht direkt hydrodynamischen Kräften ausgesetzt wird, die mit der Bewegung von Wasser über ein einen solchen Schallschirm oder Reflektor verkörperndes Objekt verbunden sind, und der dafür hergestellte Schallschirm als Folge der durch die Arbeitsumgebung auferlegten verminderten mechanischen Anforderungen beträchtlich nachgiebiger gemacht würde, könnte ein derartiger Nutzwert in bemerkenswertem Maße verstärkt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung macht einen Schallwellen-Niederdruck-Reflektor (10) verfügbar, der
-eine bahnartige Kernlage (12) mit einem Paar bahnartiger Oberflächen (14, 16) und einem Paar Kammerlagen (20, 22),
umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß
- die bahnartige Kernlage (12) aus einem Elastomer, das aus der aus natürlichen, synthetischen, chlorierten, Nitril-, Silicon-Kautschuken und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und einer Textilverstärkung gebildet ist;
- das Paar Kammerlagen (20, 22), die jeweils eine an eine entsprechende Oberfläche (14, 16) der Kern-Lage (12) gebundene Oberfläche aufweisen, wodurch die Kammerlagen (20, 22) jeweils eine Oberfläche, die einer Oberfläche (14, 16) der bahnartigen Kern-Lage (12) gegenüber liegt und an diese gebunden ist, und eine vordere Oberfläche (28) haben;
- eine Mehrzahl im wesentlich gleichmäßig konfigurierter, zellartiger Hohlräume (24), eingebettet im Inneren jeder Kammerlage (20, 22) durch Wände (26) und die vordere Oberfläche (28) begrenzt, angeordnet sind, wobei die Wände (26) und die vordere Oberfläche (28) jeweils eine hinreichende Dicke haben, damit sie ein Zusammenfallen der Hohlräume (24) bei hydrostatischen Drücken, die mit dem vorgesehenen Einsatz des Reflektors (10) verbunden sind, sicher verhindern;
- die Kammerlagen (20, 22) aus einem Elastomer, das aus der aus natürlichen, synthetischen, chlorierten, Nitril-, Silicon-Kautschuken und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, gebildet sind und geeignete dynamische akustische Eigenschaften für die Schallfrequenz und die Temperatur haben, bei der der Reflektor (10) wirksam sein soll, und
- Spannmittel (54) vorgesehen sind, die so ausgebildet sind, daß die Kernlage (12) an Befestigungspunkten (52), die mit einer Trägeroberfläche für den Reflektor verbunden sind, befestigt werden kann, wodurch die Kernlage (12) gespannt werden kann.
In bevorzugten Ausführungsformen ist eine Oberfläche einer der Kammerlagen (20, 22), die nicht an die Kernlage (12) gebunden ist, an einer Trägeroberfläche befestigt. Diese Trägeroberfläche ist typischerweise der Rumpf oder eine Verkleidung eines Wasseroberflächenfahrzeugs.
Die zellartigen Hohlräume (24) können jede geeignete oder übliche Konfiguration aufweisen, nehmen typischerweise jedoch die Form eines Stumpfes an und sind dort, wo sie polyedrisch sind, regelmäßig konfiguriert. Diese Hohlräume sind in gleichmäßigen Abständen durch die gesamte Kammerlage (20, 22) angeordnet und haben dadurch die Neigung, ein gleichbleibendes und gleichmäßiges Gebrauchsleistungs-Niveau für den Reflektor oder Schallschirm bereitzustellen.
Beim Gebrauch werden die Schallschirme oder Reflektoren typischerweise im Inneren einer Verkleidung auf einem marinen Objekt oder in Kombination mit einer akustischen Anordnung eingesetzt. Die Verkleidung zusammen mit Oberflächen des marinen Objekts, mit dem die Verkleidung verbunden ist, wirken so, daß sie eine Kammer begrenzen. Die Kammer enthält typischerweise ein akustisches Fenster, das zusammen mit der Verkleidung und den Oberflächen des marinen Objekts so funktioniert, daß es eine geschlossene Kammer begrenzt, die gegen die hydrodynamischen Kräfte abgeschirmt ist, die verbunden sind mit der Bewegung des marinen Objekts durch die marine Umgebung oder die Bewegung der marinen Umgebung relativ zu dem marinen Objekt, sofern das marine Objekt ortsfest angebracht sein sollte. Die akustische Anordnung kann zum Senden oder Empfangen von Schallfrequenzen konfiguriert sein, die durch das Fenster hindurchtreten; der Schallschirm oder der Reflektor wirken so, daß sie die akustische Anordnung gegen unerwünschtes Schallgeräusch oder Frequenzen abschirmen, die innerhalb der Kammer inhärent sind, von dem Objekt ausgehen, an dem der Schallschirm befestigt ist, von den mit dem Betrieb der akustischen Anordnung verbundenen Aktivitäten herrühren oder von der Bewegung des marinen Objekts oder der marinen Umgebung herrühren.
Die obigen und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher, wenn sie im Licht der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und einer Zeichnung in Form von drei nachfolgenden Figuren betrachtet werden, die zusammen einen Teil der Beschreibung bilden.

Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt einen Teil einer Querschnitt-Ansicht eines Schallschirms oder eines dämpfenden Reflektors, der gemäß der Erfindung hergestellt ist.
Figur 2 zeigt eine Darstellung der Befestigung eines gemäß der Erfindung hergestellten Schallschirms oder eines dämpfenden Reflektors innerhalb der Begrenzungen einer Verkleidung.
Figur 3 zeigt eine teilweise abgeschnittene Draufsicht auf einen gemäß der Erfindung hergestellten Schallschirm oder dämpfenden Reflektor.

Beste Ausführungsform der Erfindung

In den Zeichnungen zeigt Figur 1 eine Abbildung eines erfindungsgemäß hergestellten Dämpfungselements 10. Das Dämpfungselement 10 umfaßt eine Kernlage 12 mit einem Paar Oberflächen 14, 16 und einem Paar Kammerlagen 20, 22. Die Kernlage ist aus einem Textil-verstärkten Elastomer oder sogenannten beschichteten Textilmaterial gebildet. Unter Textilmaterial wird eine gewirkte, gewebte, Cord-, Draht-, Kabel- oder Schnittfaser-Verstärkung verstanden, die aus geeigneten oder konventionellen, entweder natürlichen oder synthetischen Fibrillen wie Stahl, Polyester, Polyaramid, Polyimid und dergleichen, für den Einsatz in einer marinen Umgebung annehmbaren, Materialien gebildet ist, die gegebenenfalls gesponnen und/oder anderweitig zu Bündeln von Fibrillen geformt sein können, um verstärkende Cord-, Sieb-, gewirkte oder andere textile Materialien bereitzustellen. Wenn eine geschnittene Faser verwendet wird, kann diese entweder aus zerschnittenen Monofilamenten oder -fibrillen bestehen oder eine Schnittfaser sein, die durch Zerschneiden gesponnener oder anderweitig gebündelter Fasern stammt.
Die bei der Bildung der Kernlage 12 verwendeten Elastomeren können von jeder geeigneten oder üblichen Beschaffenheit sein und Naturkautschuk, synthetische Kautschuke wie einen Chlorkautschuk, NEOPRENE beispielsweise, (du Pont), Silicon-Kautschuke und ähnliche Kautschuke einschließen oder Polybutadien, Acrylnitril-Butadien-Copolymer oder Styrol- Butadien-Kautschuke sein. Die spezielle Wahl des beschichteten Textilmaterials und des bei der Fertigung der Kernlage eingesetzten Elastomers ist eine Funktion der Spannung, unter der die Kernlage gehalten wird, der Temperatur und der akustischen Bedingungen, unter denen die Kernlage eingesetzt werden soll, und des erwünschten Grades der Elastizität, den die Kernlage zeigen soll, wenn hydrostatische oder anderweitige Kräfte auf sie zur Einwirkung gelangen. Die Fertigung beschichteter Textilmaterialien wie eines faserverstärkten gummierten Bahnmaterials ist wohlbekannt, und herkömmliche wohlbekannte Techniken können für die Fertigung der Kernlage 12 angewandt werden.
Die Kammerlagen 20, 22 werden gleichermaßen aus einem elastomeren Material gebildet. Neben Naturkautschuken können synthetische Polymere wie Polyurethane, synthetische Kautschuke wie Styrol-Butadien, Kautschuke auf Acrylnitril- Basis, die in der Industrie als Nitril-Kautschuke besser bekannt sind, Chlorkautschuke, Polybutadiene, Copolymere auf Ethylen-Propylen-Basis, Acryl-Butadien-Copolymere, Silicon- Kautschuke und deren Kombinationen bei der Herstellung der Kammerlagen 20, 22 eingesetzt werden.
Die in der Praxis der Erfindung bei der Bildung der Kammerlagen 20, 22 eingesetzten Kautschuke und Elastomeren können ein Füllmittel enthalten. Dieses Füllmittel, das in einer Menge zwischen 0 und 50 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile des Kautschuks oder Elastomers anwesend sein kann und im allgemeinen in einer Menge zwischen 0 und 40 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile des Kautschuks oder Elastomers vorliegt, kann ein teilchenförmiger Stoff wie Ruß, Glas-Mikrokugeln oder Mikroperlen oder ein faserartiger Zusatzstoff wie ein Mineral, Polyester, Polyolefin, Polyaramid, Polyamide, Polyimide oder Polyvinyle wie Polyvinylalkohol (z.B. 1mm 6 denier) sein. Das Ausmaß, bis zu dem Füllstoffe bei der Fertigung der Kammerlagen 20, 22 eingesetzt werden, ist wenigstens zum Teil eine Funktion der dynamischen akustischen Eigenschaften wie der Kennwerte der Fortpflanzung in Längsrichtung und der Dämpfung oder des Verlust-Tangens, die für die akustische Wellenformen erwünscht sind, die auf die Kammerlagen 20, 22 auftreffen, und durch jegliche erwünschte Eigenschaften des dynamischen Moduls, des statischen Moduls und des Young'schen Moduls, die eine resultierende Kammerlage erreichen soll, sowie durch die Eigenschaften der statischen Scherung, die sie zeigen soll.
Die Begriffe "elastomer" und "Elastomer" beziehen sich auf ein Material, das die Eigenschaft besitzt, nach Beendigung der Einwirkung einer die Figur oder Gestalt verändernden Kraft wenigstens zum Teil wieder die vorherige Figur oder Gestalt anzunehmen.
Der Begriff "Kautschuk", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet ein vulkanisiertes oder vernetztes Elastomer, das nach konventionellen, wohlbekannten Techniken hergestellt ist.
Es ist ausdrücklich festzuhalten, daß für die Bildung der Kammerlagen 20, 22 andere geeignete Materialien eingesetzt werden können, voausgesetzt, daß die Bedingungen in bezug auf, beispielsweise, den Modul der statischen Scherung, den Young-Modul, die Dichte, den Verlust-Tangens, die dynamischen akustischen Eigenschaften, die Biege-Elastizitäts- Eigenschaften, den Modul des statischen Zugs und den dynamischen Modul, für die Verwendung eines derartigen Materials erfüllt sind. Es wird bevorzugt, daß die Kammerlagen einen Modul des statischen Zugs oder Young-Modul von etwa 200 psi (1379 kPa) bis zu etwa 1200 psi (8274 kPA), eine Dichte, ausschließlich des Volumens irgendwelcher, darin enthaltener Zellen-Hohlräume, zwischen etwa 0,95 und etwa 1,60 g/cm³, Eigenschaften des Verlust-Tangens zwischen etwa 0,05 und etwa 0,40, einen Modul der dynamischen Scherung von & 1 x 10&sup4; N/cm² (≤ 1 x 10&sup9; dyn/cm²) für die Diaphragmen oder Dächer und bestimmte Wandzonen und von ≤ 5 x 10³ N/cm² (≤ 5 x 10&sup8; dyn/cm²) für bestimmte Zell- oder Hohlraum-Wandzonen, die erwünschtermaßen Feder-Eigenschaften besitzen sollen, Eigenschaften des Moduls der statischen Scherung zwischen etwa 65 psi (448 kPa) und etwa 400 psi (2758 kPa), Eigenschaften des Verlust-Tangens zwischen etwa 0,05 und etwa 0,40, und Leerraum-Volumen, dargestellt durch etwaige Zellen oder Hohlräume, zwischen etwa 30 % und etwa 80 % besitzen.
Der Begriff "Young's Modul", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet das Verhältnis einer einfachen, an das Material angelegten Zugspannung zu der resultierenden Dehnung parallel zu der Spannung. Der Young-Modul ist auch ein Maß für den Modul der Elastizität des Materials, der auch als Elastizitäts-Koeffizient, Elastizitätsmodul oder Elastik- Modul bekannt sein kann. Unter dem Begriff "Zug-Modul" wird der Tangenten- oder Sekanten-Modul der Elastizität eines Materials unter Spannung verstanden. Der Begriff "Dichte" bezeichnet das Gewicht pro Volumen-Einheit. Der Begriff "Verlust-Tangens" bezeichnet das Verhältnis des Viskositätsmoduls zu dem Elastizitätsmodul des speziellen Materials. Der Begriff "Viskositätsmodul" bezeichnet denjenigen Modul, der einer verformenden Kraft proportional ist, nach deren Einwirkung keine Rückstellung oder Erhaltung stattfindet. Der Viskositätsmodul wird typischerweise nur unter dynamischer Beanspruchung beobachtet. Unter "Elastik-Modul" wird das Verhältnis eines Inkrements einer spezifizierten Form der Spannung zu dem Inkrement einer spezifizierten Form der Dehnung verstanden, das auch als Elastizitäts-Koeffizient bekannt sein kann und in bestimmten Fällen durch den Young-Modul ausgedrückt werden kann. Elastizitätmodul und Viskositätsmodul werden im folgenden als die dynamischen Moduli bezeichnet.
Die Kammerlagen 20, 22 besitzen im allgemeinen einen Verlust-Tangens oder sogenannten Verlust-Faktor von wenigstens 0,05 und weniger als etwa 0,40 über den Frequenz-Bereich der auf den Schallschirm oder Reflektor auftreffenden Schallsignale. Ein größerer oder kleinerer Verlust-Tangens kann jedoch, je nach dem speziellen Einsatzzweck des Schallschirms oder Reflektors, erforderlich sein.
Die Kammerlagen 20, 22 sind jeweils an eine Oberfläche der Kernlage 12 gebunden. Die Verbindung erfolgt typischerweise mit Hilfe eines vulkanisierbaren Klebstoffs wie derjenigen der Zahlen 205, 233, 234, 250 oder 252, die von Chem-Loc erhältlich sind, AS1, erhältlich von The B. F. Goodrich Company, oder von Klebstoffen aus NEOPRENE-Basis wie Hydrolock 100, erhältlich von The B. F. Goodrich Company. Die Verwendung vulkanisierbarer Klebstoffe zur Verbindung von Kautschuk-Folien wie der Kernlage 12 mit den Kautschuk- Strukturen wie den Kammerlagen 20, 22 ist wohlbekannt.
Die Kammerlagen 20, 22 enthalten eine Mehrzahl Hohlräume 24. Die Hohlräume 24 sind zellartige Hohlräume, das heißt, Wände 26 dienen zur Trennung einer der Zellen 24 von der nächsten. Ein Teil der Kammerlage 28 kann ein Diaphragma-artiges Dach für jede Zelle 24 bilden oder begrenzen, wodurch die Zelle im Zusammenwirken mit der Kammerlage 12 geschlossen wird.
Zur Sicherstellung einer gleichbleibenden akustischen Gebrauchsleistung für die Schallschirme oder Dämpfungselemente 10 ist es wichtig, daß die Hohlräume 24 im allgemeinen gleichmäßige Größe und Konfiguration aufweisen. Typischerweise sind die Zellen 24 Stümpfe, d.h. liegen in einer Konfiguration in Form gestutzter geometrischer Festkörper vor. Aus den Figuren 3A und 3B ist ersichtlich, daß die Zellen 24 die Konfiguration konischer oder geradliniger gestutzter Festkörper haben können. Die Hohlräume 24 können evakuiert werden, mit einem Gas unter einem Druck gefüllt werden, der größer als der Atmosphärendruck, gleich dem Atmosphärendruck oder kleiner als der Atmosphärendruck ist, oder können mit anderen komprimierbaren (nachgiebigen) Fluids oder einer Kombination solcher Fluids gefüllt werden. Unter "Fluids" werden geeignete oder übliche Gase, Flüssigkeiten oder deren Kombinationen verstanden.
Die Zellen dürfen sich nicht füllen oder gefüllt werden mit einem im wesentlichen inkompressiblen Fluid wie Seewasser, und jedes füllende Fluid muß wesentlich stärker kompressibel sein als das Fluid der umgebenden marinen Umgebung, vorzugsweise eine Größenordnung nachgiebiger.
Das Diaphragma 28 für jede Zelle 24 kann zwischen den Positionen 30, 32 verformt werden, wie in der Figur 1 dargestellt ist. Diese Verformung ermöglicht eine verstärkte abschirmende Wirkung auf die Schallfrequenzen. Wenn das die Zellen 24 füllende Fluid nicht stärker kompressibel als die umgebende marine Umgebung ist, wird eine Ablenkung wenigstens in die Position 32 sehr schwer gemacht.
Die Wände 26 können zu einer federartigen Akkomodation von Energie befähigt sein, wie durch einen Doppelpfeil 34 in der Figur 1 dargestellt ist. Diese Energie-Akkomodation unter Einsatz eines den Wänden 26 eigenen federartigen Mechanismus wenigstens einer der Kammerlagen unterstützt die Leistung des Schallschirms oder Dämpfungselements 10. Die Wahl des die Kammerlagen 20, 22 bildenden Materials bestimmt in starkem Maße die Feder-Konstante, sozusagen, die mit den Wänden 26 längs der Linie der Pfeile 34 sowie der Fähigkeit des Diaphragmas 28, sich zwischen den Positionen 30, 32 zu bewegen, zusammenhängt, sowie den Betrag, bis zu dem die Positionen 30, 34 von einer Ruhe-Position (ohne hydrostatische Krafteinwirkung) des Diaphragmas 28 abweichen. Wenn gewünscht wird, daß die Wände eine federartige Akkomodation von Schall-Energie liefern, wird bevorzugt, daß die dynamische Scherung für das die Wände bildende Elastomer ≤ 5 x 10³ N/cm² (≤ 5 x 10&sup8; dyn/cm²) ist, die statische Scherung zwischen etwa 65 psi (448 kPa) und etwa 333 psi (2296 kPa) liegt und der statische Zug-Modul zwischen etwa 200 psi (1379 kPa) und etwa 1000 psi (6895 kPa) liegt.
Wenn es nicht erwünscht ist, daß die Wände eine federartige Akkomodation von Schall-Energie liefern, beträgt die dynamische Scherung für das die Wände bildende Elastomer vorzugsweise ≤ 1 x 10&sup4; N/cm² (≤ 1 x 10&sup9; dyn/cm²) , die statische Scherung liegt zwischen etwa 100 psi (690 kPa) und etwa 400 psi (2768 kpa), und der statische Zug-Modul liegt zwischen etwa 300 psi (2068 kPa) und etwa 1200 psi (8217 kPa).
In Figur 2 ist ein Schallschirm oder Dämpfungselement 10 gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform auf einem Objekt innerhalb der marinen Umgebung 36 dargestellt. Das Objekt in Figur 2 ist der Rumpf 38 eines seetüchtigen Oberflächen-Wasserfahrzeugs. Eine Verkleidung 40 ist mit einem Fenster 42 versehen, das für Schallsignale relativ durchlässig ist. Das Fenster 42, die Verkleidung 40 und der Rumpf 38 wirken so, daß sie eine Kammer 44 begrenzen, die vor den Effekten der marinen Umgebung wie Wellen, hydrostatischen Drücken, die mit der Bewegung des Fahrzeugs durch die marine Umgebung zusammenhängen, und Kollisionen verschiedenartiger Natur geschützt ist. Die Kammer 44 ist auch relativ sicher vor den zerstörerischen Wirkungen von Rankenfußkrebsen (Entenfuß) und anderem see-biologischen Leben.
Eine SONAR-Anordnung 46 ist im Inneren der Kammer angeordnet und zum Aussenden und/oder Empfangen von Schallsignalen durch das Fenster 42 konfiguriert. Der Schallschirm 10 wird zwischen dem Rumpf 38 und der SONAR-Anordnung 46 angebracht und wirkt so, daß er die Schallfrequenzen, die ihren Ursprung innerhalb des Rumpfes 38 des Fahrzeugs haben, abschirmt oder reflektiert. Eine Oberfläche 48 des Rumpfes und eine Oberfläche 50 einer Kammerlage des Schallschirms 10 werden miteinander verbunden. Die Verbindung kann unter Einsatz von Klebetechniken bewerkstelligt werden, die in der Schiffbau-Industrie bekannt sind, etwa durch Einsatz eines Kitts auf NEOPRENE-Basis, der von The B. F. Goodrich Company unter dem Namen HYDROLOC vertrieben wird, oder von bei Raumtemperatur aushärtenden A-1177B-Epoxy-Klebstoffen, die ebenfalls von The B. F. Goodrich Company erhältlich sind.
Eine Mehrzahl von Befestigungspunkten 52 wird auf der Oberfläche 48 des Rumpfes 38 bereitgestellt. Diese Befestigungspunkte können von jeder geeigneten oder üblichen Beschaffenheit sein, die für das Anbringen Kernlage 12 und das Festhalten der Kernlage 12 und die Aufnahme von Dehnungen und Spannungen konfiguriert sind, die damit verbunden sind, daß auf die Kernlage 12 eine Zugspannung einwirkt. Die Kernlage 12 wird zwischen den Trägern oder Befestigungspunkten 52 gespannt. Das Ausmaß der Spannung ist innerhalb weiter Grenzen variabel, je nach dem Einsatzzweck für den Reflektor 10 der Erfindung. Eine Bestimmung der korrekten Spannung ist zu einem entscheidenden Teil eine Sache des Probierens.
Ein Mittel 54 wird zum Befestigen der Kammerlage 12 an den Befestigungspunkten 52 bereitgestellt. Dieses Mittel kann von jeder geeigneten oder üblichen Beschaffenheit sein, etwa eine Textil- oder Metallschnur, Draht oder Kabel, befestigt an der Kernlage, unter Verwendung geeigneter oder üblicher Mittel wie Ösen, eines umschließenden Kabels oder anderer Befestigungsmittel, die eingebettet in der Kernlage angeordnet sind. Das Befestigungsmittel 54 wird so eingestellt, daß die Kernlage unter Spannung gesetzt wird. Der Grad der an die Kernlage angelegten Spannung wird zum Teil durch die unter Einsatz des Reflektors 10 abgeschirmte oder reflektierte Schallfrequenz und die Temperatur, bei der der Reflektor 10 arbeiten soll, bestimmt. Für einen Schallschirm 10 mit einem Durchmesser von ungefähr 75 cm ist eine Spannung, die eine Normal-Kraft von etwa 1/2 psi (3447 Pa) ausübt, typischerweise ausreichend.

Claims

1. Schallwellen-Niederdruck-Reflektor (10), umfassend

- eine bahnartige Kernlage (12) mit einem Paar bahnartiger Oberflächen (14, 16) und einem Paar Kammerlagen (20, 22),

dadurch gekennzeichnet, daß

- die bahnartige Kernlage (12) aus einem Elastomer, das aus der aus natürlichen, synthetischen, chlorierten, Nitril-, Silicon-Kautschuken und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und einer Textilverstärkung gebildet ist;

- das Paar Kammerlagen (20, 22), die jeweils eine an eine entsprechende Oberfläche (14, 16) der Kern-Lage (12) gebundene Oberfläche aufweisen, wodurch die Kammerlagen (20, 22) jeweils eine Oberfläche, die einer Oberfläche (14, 16) der bahnartigen Kern-Lage (12) gegenüber liegt und an diese gebunden ist, und eine vordere Oberfläche (28) haben;

- eine Mehrzahl im wesentlich gleichmäßig konfigurierter, zellartiger Hohlräume (24), eingebettet im Inneren jeder Kammerlage (20, 22) durch Wände (26) und die vordere Oberfläche (28) begrenzt, angeordnet sind, wobei die Wände (26) und die vordere Oberfläche (28) jeweils eine hinreichende Dicke haben, damit sie ein Zusammenfallen der Hohlräume (24) bei hydrostatischen Drücken, die mit dem vorgesehenen Einsatz des Reflektors (10) verbunden sind, sicher verhindern;

die Kammerlagen (20, 22) aus einem Elastomer, das aus der aus natürlichen, synthetischen, chlorierten, Nitril-, Silicon-Kautschuken und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, gebildet sind und geeignete dynamische akustische Eigenschaften für die Schallfrequenz und die Temperatur haben, bei der der Reflektor (10) wirksam sein soll, und

- Spannmittel (54) vorgesehen sind, die so ausgebildet sind, daß die Kernlage (12) an Befestigungspunkten (52), die mit einer Trägeroberfläche für den Reflektor verbunden sind, befestigt werden kann, wodurch die Kernlage (12) gespannt werden kann.

2. Reflektor nach Anspruch 1, worin die zellartigen Hohlräume (24) in Form von Stümpfen vorliegen.

3. Reflektor nach Ansprüchen 1 oder 2, worin die Hohlräume mit einem gasförmigen Fließmedium unter einem gewünschten Druck gefüllt sind.

4. Reflektor nach Anspruch 2, worin die stumpfförmigen Hohlräume (24) zu der Kernlage (12) hin offen sind.

5. Reflektor nach Anspruch 3, worin die Vorderseite (28) einer der Kammerlagen (20, 22) an der Trägeroberfläche befestigt ist.

6. Kombination aus

- einer Verkleidung (40) zur Verwendung auf einem für den Schiffahrtsbetrieb hergerichteten Objekt, wobei eine spezielle Umgebung des hydrostatischen Druckes herrscht, wobei die Verkleidung (40) ein der marinen Umgebung zugewandtes Fenster (42) hat, das für einen Durchgang von Schallwellenformen durch dasselbe ausgelegt ist;

- einem Oberflächen-Teil des Objekts, an dem die Verkleidung (40) befestigt ist, der eine Trägeroberfläche begrenzt und eine von der marinen Umgebung abgeschlossene Kammer (44) zwischen der Verkleidung und der Trägeroberfläche begrenzt;

- eine akustische Anordnung (46), die innerhalb der Kammer (44) angeordnet ist und so konfiguriert und ausgebildet ist, daß sie wenigstens eine der Funktionen des Durchlassens und des Aufnehmens von Schallwellenformen durch das Fenster (42) hindurch auszuführen vermag; und

- ein Niederdruck-Schalldämpfer mit:

- einer bahnartigen Kernlage (12), die aus einem Elastomer, das aus der aus natürlichen, synthetischen, chlorierten, Nitril-, Silicon-Kautschuken und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und einer Textilverstärkung gebildet ist;

- einem Paar Kammerlagen (20, 22), die jeweils eine an eine entsprechende Oberfläche (14, 16) der Kern-Lage (12) gebundene Oberfläche aufweisen, wodurch die Kammerlagen (20, 22) jeweils eine Oberfläche, die einer Oberfläche (14, 16) der bahnartigen Kern-Lage (12) gegenüber liegt und an diese gebunden ist, und eine vordere Oberfläche (28) haben;

- einer Mehrzahl im wesentlich gleichmäßig konfigurierter, zellartiger Hohlräume (24), eingebettet im Inneren jeder Kammerlage (20, 22) durch Wände (26) und die vordere Oberfläche (28) begrenzt, wobei die Wände (26) und die vordere Oberfläche (28) jeweils eine hinreichende Dicke haben, damit sie ein Zusammenfallen der Hohlräume (24) bei hydrostatischen Drücken, die mit dem vorgesehenen Einsatz des Reflektors (10) verbunden sind, sicher verhindern;

- den Kammerlagen (20, 22), die aus einem Elastomer, das aus der aus natürlichen, synthetischen, chlorierten, Nitril-, Silicon-Kautschuken und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, gebildet sind und geeignete dynamische akustische Eigenschaften für die Schallfrequenz und die Temperatur haben, bei der der Reflektor (10) wirksam sein soll, und

- mit Spannmitteln (54), die so ausgebildet sind, daß die Kernlage (12) an Befestigungspunkten (52), die mit einer Trägeroberfläche für den Reflektor verbunden sind, befestigt werden kann, wodurch die Kernlage (12) gespannt werden kann.

7. Kombination nach nach Anspruch 6, worin die zellartigen Hohlräume (24) in Form von Stümpfen vorliegen.

8. Kombination nach Ansprüchen 6 oder 7, worin die Hohlräume mit einem gasförmigen Fließmedium unter einem gewünschten Druck gefüllt sind.

9. Kombination nach Anspruch 7, worin die stumpfförmigen Hohlräume (24) zu der Kernlage (12) hin offen sind.

10. Kombination nach Anspruch 8, worin die Vorderseite (28) einer der Kammerlagen (20, 22) an der Trägeroberfläche befestigt ist.

11. Kombination nach Anspruch 9, worin die Vorderseite einer der Kammerlagen an der Trägeroberfläche befestigt ist.

12. Kombination nach Anspruch 6, worin die Trägeroberfläche ein Teil eines Wasserfahrzeugs ist.

13. Kombination nach Anspruch 12, wobei das Wasserfahrzeug nur für den Betrieb auf der Wasseroberfläche ausgelegt ist.

14. Kombination nach Anspruch 10, worin die Trägeroberfläche ein Teil eines Wasserfahrzeugs ist.

15. Kombination nach Anspruch 14, wobei das Wasserfahrzeug nur für den Betrieb auf der Wasseroberfläche ausgelegt ist.

16. Kombination nach Anspruch 11, worin die Trägeroberfläche ein Teil eines Wasserfahrzeugs ist.

17. Kombination nach Anspruch 16, wobei das Wasserfahrzeug nur für den Betrieb auf der Wasseroberfläche ausgelegt ist.