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Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Schallwellen im Wasser Die
Erfindung bezieht seich auf eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen. von Schall
im Wasser, insbesondere von Ultraschall. Dia hierbei verwendetem: Schwinger weisen
wegen der endlichen Ausdehnung ihrer Empfangs- bzw. Strahlfläche meist eine mehr
oder weniger starke Richtwirkung auf und beherrschen infolgedessen nur einen beschränktem.
Winkelbereich.
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Insbesondere bei Schallsendern, bei denen die Mindestgröße der strahlenden
Fläche durch die zu erzielende Schalleistung und die Belastbarkeit der Stra,hlfläche
je, Quadratzentimeter vorgeschrieben ist, ergibt sich vielfach eine unerwünschte
Einschränkung des Wirkbereiches. Falls zwar die Richtcharakteristik nur in der einen
Ebene, z. B. in der Horizontalen von Belang ist, so besteht die Möglichkeit, der
Senderfläche eine längliche Form zu geben und ihre Abmessung in der Horizontalen
so zu- wählen, daß die Richtcharakteristik in dieser Ebene die gewünschte Breite
aufweist. Dieser Ausweg ist jedoch mit dem Nachsteil verbunden, daß die Abmessungen
in der anderen Richtung unter Umständen unerwünscht groß werden. Insbesondere bei
in das Wasser ausfahrbaren Schwingern ergibt sich hiermit der Nachteil einer großem
Bauhöhe und eines entsprechend großen Ausfahrhubes.
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Bisher hat man sich zur Erzielung eines
g;nügend grollen
@t'irhbereiches in der Weise geholfen. daß mehrere gegeneinander versetzte Schwinger
als Sender oder Empfänger betrieben «-erden. deren Wirkbereich zusammen den vorgeschriebenen
Winkelbereich bedecken. Dadurch ergibt sich jedoch eine raumsperrende und verwickelte
Bauart. Der erhöhte Platzbedarf macht sich besonders bei Anordnung der Schwinger
in einem aus dem Schiff ausfahrbaren Träger nachteilig bemerkbar. weil dort auch
die Abmessungen des Trägers entsprechend groß werden, was sowohl einen erhöhten
Fahrtwiderstand als auch eine entsprechend schwerere Konstruktion des Trägers zur
Folge hat.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. den Wirkbereich
der Schwinge°r ohne Veränderung ihrer Flächenmaße und olle- zusätzliche Schwinger
wirksam zu verbreitern. Wie Versuche ergehen haben, Iäßt sich eine gewisse Verbreiterung
des Wirkbereiches schon dadurch erzielen, daß man den Schwinger mit einer konvex
oder konkav gekrümmten Strahl- bzw. Empfangsfläche versieht oder seine einzelnen
Teile mit einer entsprechenden Phasenverschiebung erregt. Hierdurch ist eine Verbreiterung
jedoch nur in geringen Grenzen möglich. Eine wesentlich wirksamere Verbreiterung
läßt sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, daß bei Verwendung von Schwingern, die
zwei nach entgegengesetzten Seiten gerichtete Sende-bzw. Empfangsflächen aufweisen,
einer der beiden Schwiegerflächen ein oder mehrere Reflektoren zugeordnet sind.
die durch Ablenkung der Schallwellen den Wirkbereich dieser Fläche so verlagern,
date er sich gegebenenfalls unter teilweiser l:Jberlappung an den Wirkbereich der
anderen Scliwing;:rfläche anschließt.
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Es ist zwar schon bekannt, hei \Iagnetostr iktionsschwingern nicht
nur die vordere, sondern auch die rückwärtige Schwiegerfläche unter Verwendung eines
Reflektors zur Schallabstrahlung auszunutzen. Dabei findet jedoch k2in° Beeinflussung
und insbesondere keine Verbreiterung der Richtcharakteristik statt, sondern die
von der Rückseite ausgehenden Schallstrahlen «-erden in dieselbe Richtung abgelenkt.
wie sie die Schallstrahlen haben. die von der Vorderseite des Schwingers aus-. gehen.
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Besonders vorteilhaf t läßt sich dieneue Anordnung bei Einbau der
Schwinger in einen aus dem Schift ausfahrbaren, insbesondere stromlinienförmigen
Träger anwenden. indem die Schwinger mit ihrer einen Fläche in bekannter Weise nach
Voraus gerichtet sind und den nach Voraus liegenden Winkelbereich beherrschen, während
die der Schiffsschraube zugewandten rückseitigen Schwiegerflächen mit in den Hinterteil
des Trägers eingebauten Reflelctorz-ti zusammenwirken, so daß sie. in dein sich
an den Vorausbereich anschließenden Steuerbord- bzw. Backbordbereich zur Wirkung
kommen. Dadurch ist die bisher unbenutzte hintere Schwingerfläche für den Zweck
der Verbreiterung der Riciitcliarakteristik nutzbar gemacht und die -Anordnung zusätzlicher
Schwinger für den Steuerbord-und Backbordbereich entbehrlich. Außerdem läßt sich
infolge Ausnutzung der hinteren Schwingerfläche die doppelte Sende- tiz«-. Empfangsenergie
erzielen. Die neue Einrichtung zeichnet sich somit trotz. verbreiterten Wirkbereiches
und verringerter Abmessungen der Gesamtanordnung durch hohe Sendeleistuilg bz«-.
Empfangsempfindlichkeit aus.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt,
und zwar zeigt Fig. i einen stromlinienförmigen Ausfahrkörper mit eingebautem Schwinger
1111 Querschnitt, Fig. 2 die Richtwirkung des Schwingers ohne Reflexionsflächen,
Fig. 3 die. Richtwirkung de: Schwingers mit Reflexionsflächen.
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Ini dargestellten Beispiel ist a ein stabförmig@=r, z. B. nach dem
-'#,tagtietostriktionsprinzip wirkender, aus einzelnen Lamellen bestehender Schwinger.
Der Schwinger ist in einem aus dem Schiff ausfahrbaren Träger b eingebaut, der zur
Verringerung des Fahrtwiderstandes und zur Vermeidung von die Schallübertragung
störenden Wirbelablösungen einen stromlinienförmigen Querschnitt aufweist.
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Der beispielsweise als Sender betriebene Schwinger a ist so angeordnet,
daß nicht nur die nach Voraus gerichtete Endfläche r. sond2rn auch die der Schiffsschraube
zugewandte hintere Fläche d Schall abstrahlt. Dabei sind in dem Schwanzstück des
stroinlinienförini`en Trägers in bestimmtem Abstand von der Schwiegerfläche d Reflexionsflächen
f und angebracht, die die von der hinteren Schwiegerfläche d ausgehenden
S,hallstrahlen nach beiden Seiten, d. h. nach der Backbord- und Steuerbordseite
des Schiffes hin ablenken.
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Der Raum lt zwischen der hinteren Schwin-@:rfläche
d und den Reflexionsflächen f und g ist nach beiden Seiten durch dünne
Wandungsteile i. h des stromlinienförmigen TrägLrs b abgeschlossen. um Störungen
durch Wirbelbildungen zu vermeiden. Der Raum li ist mit Wasser gefüllt und kann
gegebenenfalls nach unten mit dem freien Außenwasser in Verbindung stellen. Die
Schallübertragung der vorderen Schwiegerfläche c erfolgt im Gegensatz äu der hinteren
Schwiegerfläche unmittelbar ans Außenwasser. Zur
Vervollständigung
der Stroinlinieiform ist auf die Schwingerfläche c eine Kalotte an aufgesetzt.
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Die Länge L der Schwingerfläche c in der horizontalebene möge zu der
Wellenlänge des benutzten Schalles in einem solchen Verhältnis stehen, daß der Wirkbereich
der Fläche einen Sektor von etwa 70° mit genügender Intensität bedeckt. Ohne die
Reflektoren f und g würden die beiden Schwiegerflächen somit gemäß Fig. 2 zwei Sektoren
n und o von 70° Breite beherrschen, von denen der eine in Vorausrichtung liegt,
während der andere mit dem Bereich der Schiffsschraube bzw. des Schraubenwassers
zusammenfällt. Da im Bereich des Schraubenwassers eine Schallübertragung ohnehin
nicht möglich ist, hat man die hintere Schwiegerfläche d bei den bisherigen Anordnungen
als unbrauchbar angesehen und durch Schallschirme abgedeckt.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Schallreflektoren f und g wird
der Wirkbereich der hinteren Schwirgerfläche aus dem für die Schallübertragung _
unbrauchbaren Schraubensektor o in die an den Vorausbereich ii angrenzenden Winkelbereiche
p, r
nach Backbord und Steuerbord verlagert. Dadurch ist die hintere Schwiegerfläche
d zur Erweiterung des Wirkbereiches nach Fig.3 auf z. B. 27o° nutzbar gemacht, und
es kann auf die Anordnung besonderer querab. strahlender Schwinger verzichtet werden.
Da ferner die strahlende Schwiegerfläche durch Ausnutzung beider Endflächen c und
d verdoppelt ist und die Belastbarkeit von der Größe der zur Verfügung stehenden
Schwiegerfläche abhängt, kann der Schwinger mit der doppelten Leistung betriebyen
werden. Störende Interferenzen zwischen den von der vorderen und der hinteren Schwiegerfläche
ausgesandten Schallwellen lassen sich durch geeignete Wahl des Abstandes zwischen
der Schwiegerfläche d und den Reflexionsflächen weitgehend vermeiden.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Veränderungen und andere Ausführungen möglich. So
können sich insbesondere die für Steuerbord und Backbord vorgesehenen Reflektoren
auch jeder übel- die gesamte Länge L der Schwingeirfläche d erstrecken,
wobei die Reflektoren übereinanderliegend anzuordnen sind. Ferner kann statt der
Ablenkung nach beiden Seiten gegebenenfalls eine Ablenkung nur nach. einer Seite
vorgesehen sein. DieReflexionsflächen können konkav oder konvex gekrümmt sein. Die
Kalotte in und die Wandungsteile i, k des ausfahrbaren Trägers können gegebenenfalls
weggelassen werden. Der Träger kann jedoch auch als den Schwinger vollständig umschließender
Hüllkörper ausgebildet sein, so daß die Schalliibertragung sowohl nach Voraus als
auch nach .Backbord und Steuerbord durch Wasserräume und Wand'ungsteile des Hüllkörpers
hindurch erfolgen muß.
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Bei U-Booten. kann die neue Sch,w ingeranordnung mit den Reflektoren
vorteilhaft im vorderen Teil des Kieles untergebracht werden.
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Eine kleinere Verbreiterung des Wirkbereiches läßt sich auch durch
Krümmung der Schwiegerflächen erzielen. Diese Krümmung kann gegebenenfalls zusätzlich.
zu der beschriebenen Verbreiterung durch Reflektoren vorgesehen sein.
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Ferner ist die Erfindung auch auf Empfangsanordnungen anwendbar, wenngleich
sie für Sendeeinrichtungen schon wegen der meist größeren Abmessung der Schwinger
erhöhte Bedeutung hat. Bei Ausfahrgeräten kann: es vorteilhaft sein, die Sendeeinrichtung
nach der Erfindung und die Empfangseinrichtung in der bekannten Weise auszubilden.
Es kann dadurch erreicht werden, daß die Sendeeinrichtung nicht mehr Platz beansprucht
als die Empfangseinrichtung, so daß für beide der gleiche Trägerquerschnitt verwendet
werden kann.
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Eine Verbreiterung der Richtcharakteristik nach. der vorliegenden
Erfindung kann auch noch in anderen Ebenen, z. B. auch in der Senkrechten, durch
Krümmung der. Schwiegerfläche oder entsprechende Ausbildung der Reflexionsflächen
erzielt werden.