EP0654953A1 - Elektroakustische Wandleranordnung - Google Patents

Elektroakustische Wandleranordnung Download PDF

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EP0654953A1
EP0654953A1 EP94112880A EP94112880A EP0654953A1 EP 0654953 A1 EP0654953 A1 EP 0654953A1 EP 94112880 A EP94112880 A EP 94112880A EP 94112880 A EP94112880 A EP 94112880A EP 0654953 A1 EP0654953 A1 EP 0654953A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transducer arrangement
hydrophones
arrangement according
reflector
hard casting
Prior art date
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Granted
Application number
EP94112880A
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English (en)
French (fr)
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EP0654953B1 (de
Inventor
Axel Dipl.-Ing. Brenner
Peter Dr.-Phys. Mertens
Wilfried Dipl.-Ing. Meuser
Friedrich Dipl.-Ing. Meyer
Horst Dipl.-Ing. Trense
Friedrich Dipl.-Ing. Weber
Wilfried Dr.-Ing. Wilken
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Atlas Elektronik GmbH
Original Assignee
STN Atlas Elektronik GmbH
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Publication date
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Publication of EP0654953A1 publication Critical patent/EP0654953A1/de
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Publication of EP0654953B1 publication Critical patent/EP0654953B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • G10K11/006—Transducer mounting in underwater equipment, e.g. sonobuoys
    • G10K11/008—Arrays of transducers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0633—Cylindrical array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/44—Special adaptations for subaqueous use, e.g. for hydrophone

Definitions

  • the invention relates to an electroacoustic transducer arrangement for underwater antennas of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • Such electroacoustic transducer arrangements are attached for passive, acoustic location in the frequency range between 1 and 12 kHz on cylindrical or horseshoe-shaped carriers and, in their entirety, form a receiving antenna or receiving base on the carrier, which, depending on the type, has a cylindrical base or a cylindrical hydrophone array (CHA) as well as a horseshoe base or conformal array.
  • Cylinder bases allow localization over a panoramic angle of 360 °
  • horseshoe bases in which the carrier is preferably formed by the bow of the ship itself, localization in a somewhat more restricted sector.
  • the hydrophones of the transducer arrangements or staves are individually attached to the decoupling elements serving to isolate structure-borne noise on a cylindrical steel support and their connecting lines are connected individually to the receiving device as insulated cables.
  • the connection cables of, for example, 96 staves of a cylinder base are combined to form a cable harness and routed to the receiving unit via a pressure-water-tight bushing.
  • PUR polyurethane
  • the invention has for its object to provide a transducer arrangement of the type mentioned, which has a good acoustic forward / reverse ratio and drastically reduces the assembly time for producing an underwater antenna with at least unchanged good acoustic location properties.
  • the construction according to the invention integrates all the acoustically sensitive elements, that is to say the hydrophones and the reflector, of a stave in a complete structural unit, the reproducible position of the reflector and hydrophones required for a good forward / reverse ratio being reproducibly ensured.
  • the complete unit can be attached to the carrier in a few simple steps, with only a single electrical connection having to be plugged in by combining the connecting lines of the hydrophones in a radially symmetrical plug. This and also the fact that the exact position of the reflector and hydrophones is defined with tolerance and does not have to be taken into account during assembly, considerably shortens the assembly time per transducer arrangement or stave.
  • the complete dimensionally stable unit also opens up the possibility of mounting the Staves on a cylindrical support made of glass fiber reinforced plastic (GRP) in the case of the cylinder base, which means that the weight of the underwater antenna can be significantly reduced.
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • the reflector has an acoustically soft plate which extends across all hydrophones and which, in a further embodiment of the invention, forms the acoustically soft spring of a spring mass system.
  • the mass is formed by a metal plate, which rests on the front of the soundproof plate facing the hydrophones.
  • the mass of the metal circuit board and the softness of sound of the plate, which is preferably made of polyurethane foam, are coordinated with one another in such a way that useful sound coming from the front is reflected onto the hydrophones above a predetermined resonance frequency and interference noise coming from behind is shielded.
  • the distance of the hydrophones from the metal plate of the spring mass system is chosen so small that no interfering interference occurs between the incident sound and the useful sound reflected by the reflector on the hydrophones in the entire frequency range relevant for the underwater antenna.
  • a very high forward / reverse ratio of the transducer arrangement is achieved, thus avoiding incorrect bearing.
  • the softness of the spring and the weight of the mass are optimized in such a way that the properties of the spring element are largely retained at a given water pressure dependent on the depth of the transducer arrangement.
  • the depth-dependent requirements are brought into line with the maximum permissible total weight of the underwater antenna.
  • the metal plate is constructed in a sandwich construction from two metal sheets with an intermediate bending wave damping layer, wherein the bending wave damping layer is preferably a foil that is glued to the two metal sheets.
  • a bending wave damping layer is described for example in DE 36 21 318 A1.
  • This sandwich structure of the metal plate suppresses intrinsic resonances of the mass of the reflector, which can be excited by structure-borne noise coupling or the water-borne noise signals, very well suppressed.
  • small spherical ceramics are used as hydrophones, which are used to maintain a tolerance-accurate distance from the reflector on a spacer before casting with the essentially tough-elastic elastomer Plastic is attached, preferably glued, which is held in position on the reflector.
  • the plastic spacer is preferably made from the same material with the same acoustic properties as the hard casting. In this way it is ensured that the distance of the hydrophones from the reflector in each transducer arrangement is precisely and reproducibly maintained.
  • the plug accessible on one end face of the hard casting is integrated into a blind hole molded into the hard casting, which receives the mating plug cooperating with the plug.
  • Plugs and mating plugs are designed as coax plugs for producing a pressure-tight electrical connection, which are plugged onto one another in a watertight manner via a plurality of sealing rings.
  • Such coaxial connectors are known for example from DE 37 14 553 A1.
  • At the bottom of the blind hole at least one radial bore opens from the outside of the hard casting, via which residual water which has penetrated into the blind hole can flow out when the transducer arrangement is removed and thus does not come into contact with the electrical plug contacts when the plug connection is opened and closed.
  • the hard casting has a rod shape with a rectangular or square cross section, the connector for the hydrophones protruding into the blind hole formed in an end face of the hard casting. Bores are provided for attaching the rods, which penetrate the hard casting and the reflector completely. By pushing through the holes Cap screws are used to attach the transducer assemblies to the carrier.
  • the electroacoustic transducer arrangement for an underwater antenna has a total of three hydrophones 10 which, together with a reflector 11 arranged behind them in the direction of sound incidence, are embedded in an acoustically transparent hard casting 20 made of an essentially tough-elastic elastomer which can be processed in the casting process .
  • Polyurethane (PUR) is used as the elastomer.
  • the hydrophones 10 are small spherical ceramics (FIG. 2), which are provided with connecting lines 12 for establishing the electrical connection.
  • the connecting lines 12 of all three hydrophones 10 are routed to a common plug 13 which projects into a blind hole 14 formed on one end face of the hard casting 20.
  • the mating connector cooperating with the connector 13 is designated 15 and is when plugged into the plug 13 from the blind hole 14.
  • the connecting cable 16 leading away from the mating connector 15 serves to connect the three hydrophones 10, which are connected in parallel here, to a receiving device, not shown here.
  • Connector 13 and mating connector 15 are designed as coax connectors.
  • the reflector 11 is designed as a spring-mass system made of a mass and a soundproof spring, the mass being realized by a metal plate 17 and the soundproof spring by a soundproof plate, here an elastic soft material plate 18, which is turned away from the hydrophones 10 Back of the metal board 17 is present.
  • a plate made of polyurethane foam is preferably used as the soft material plate 18, the metal plate 17 is made of aluminum.
  • the metal plate 17 is designed in a sandwich construction and consists of two metal sheets 171 and 172 with an intermediate bending wave damping layer 19. Such a damping layer is described in DE 36 21 318 A1 and can be used here.
  • Layer 19 is preferably designed as a film and glued to the two metal sheets 171, 172.
  • the reflector 11 and plug 13 are inserted into a corresponding mold.
  • the hydrophones 10 are each adhered to a spacer 21 (FIG. 2) to maintain a tolerance-accurate distance from the reflector 11.
  • the spacers 21 are positioned precisely on the reflector 11, specifically on the metal plate 17 thereof, for example by small depressions in the metal plate 17 or else by gluing.
  • the Spacers 21 are preferably made of the same material as the hard casting 20, that is made of polyurethane. After pouring the polyurethane into the mold and curing it, the complete transducer arrangement can be removed from the mold.
  • the hard casting 20 preferably receives a rod shape with a rectangular or square cross-section, on one end of which the blind hole 14 is formed and at the bottom of the blind hole 14 the connector 13 protrudes.
  • at least one, preferably two, diametrical radial bore 28 opening in the blind hole 14 is introduced into the hard casting 20, which is shown in FIG. 2 rotated through 90 ° into the plane of the drawing.
  • two bores 22 (FIG. 1) are provided, which are arranged symmetrically between the hydrophones 10 and completely penetrate the hard casting 20 and the reflector 11.
  • the bore section 222 penetrating the metal plate 17 of the reflector 11 has a substantially smaller diameter than the bore sections 221 and 223, which extend from the front of the hard casting 20 facing away from the carrier to the metal plate 17 of the reflector 10 or on the side facing the carrier Back of the hard casting 20 to the soft material plate 18 and extend through it.
  • These bores 22 each receive head screws, by means of which the rod-shaped transducer arrangement is fastened to the carrier.
  • the head of the cap screws is located directly or via structure-borne sound-absorbing intermediate pieces, e.g. B.
  • the direct system is preferred for reasons of cost in an underwater antenna according to FIG. 3, in which the Transducer assemblies can be screwed onto a GRP cylinder as a carrier.
  • the structure-borne sound-decoupling intermediate pieces must be used for the direct attachment of the rod-shaped transducer arrangements to the bow of the ship to form a conformal array.
  • FIG. 3 shows a perspective view of an underwater antenna which is constructed using a large number of electroacoustic transducer arrangements, so-called staves, as have been described above.
  • the underwater antenna designed as a reception base is designed as a cylinder base, the individual staves being placed on the outside on a cylindrical support 23 made of glass fiber reinforced plastic (GRP) and firmly connected to the support 23 via their bores 22.
  • the individual rod-shaped staves are rotated alternately by 180 ° with respect to one another, so that the plugs 13 of adjacent staves lie once on the upper and once on the lower edge of the carrier 23.
  • the connecting cables 16 of a total of 96 staves are each guided half along the upper and lower edge of the cylindrical support 23 and each combined in a connecting unit 24 or 25.
  • a multiple cable 26 or 27 leads from each connection unit 24 or 25 to the receiving device, not shown here.

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Abstract

Es wird eine elektroakustische Wandleranordnung für Unterwasserantennen aus mehreren, an einem Träger vertikal übereinander äquidistant anzuordnenden Hydrophonen (10) angegeben, bei welcher zur vereinfachten Montage der Unterwasserantenne bei guten Empfangseigenschaften die Hydrophone (10) zusammen mit einem in Schalleinfallsrichtung hinter ihnen angeordneten Reflektor (11) in einem akustisch transparenten Hartumguß (20) aus einem im Gießverfahren verarbeitbaren Elastomer, vorzugsweise Polyurethan, eingebettet sind. Die Anschlußleitungen (12) der Hydrophone (10) sind auf einem gemeinsamen Stecker (13) zusammengefaßt, der an einer Stirnseite des Hartumgusses (20) zugänglich ist. Der Hartumguß (20) ist mit Mitteln (22) zur Befestigung am Träger ausgestattet. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektroakustische Wandleranordnung für Unterwasserantennen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung.
  • Solche elektroakustischen Wandleranordnungen, im allgemeinen Staves genannt, werden zur passiven, akustischen Ortung im Frequenzbereich zwischen 1 und 12 kHz auf zylinderförmigen oder hufeisenförmigen Trägern befestigt und bilden in ihrer Gesamtheit auf dem Träger eine Empfangsantenne oder Empfangsbasis, die je nach Bauart Zylinderbasis oder Cylindrical Hydrophone Array (CHA) sowie Hufeisenbasis oder Conformal Array genannt wird. Zylinderbasen erlauben eine Ortung über einen Panoramawinkel von 360°, Hufeisenbasen, bei welchen vorzugsweise der Träger vom Schiffsbug selbst gebildet wird, eine Ortung in einem etwas eingeschränkteren Sektor.
  • Bei bekannten Zylinderbasen werden die Hydrophone der Wandleranordnungen oder Staves einzeln über der Körperschallentkopplung dienende Entkopplungselemente an einem zylindrischen Stahlträger befestigt und ihre Anschlußleitungen als isolierte Kabel einzeln mit der Empfangseinrichtung verbunden. Dabei werden die Anschlußkabel von beispielsweise 96 Staves einer Zylinderbasis zu einem Kabelbaum zusmmengefaßt und über eine druckwasserdichte Durchführung zur Empfangseinheit geführt. Zur Verbesserung des Vor-/Rückverhältnisses der Wandleranordnung werden noch zusätzlich Platten aus Polyurethan (PUR)-Schaum auf den Stahlträger montiert. Aus solchen Wandleranordnungen zusammengesetzte Empfangsbasen haben ein hohes Eigengewicht, eine hohe Eigenresonanz und benötigen zu ihrer Herstellung einen sehr großen Montagezeitaufwand.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wandleranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein gutes akustisches Vor-/Rückverhältnis aufweist und die Montagezeit zur Herstellung einer Unterwasserantenne mit mindestens unverändert guten akustischen Ortungseigenschaften drastisch senkt.
  • Die Aufgabe ist bei einer elektroakustischen Wandleranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch den erfindungsgemäßen Aufbau sind in einer kompletten Baueinheit alle akustisch sensitiven Elemente, also die Hydrophone und der Reflektor, eines Staves integriert, wobei die für ein gutes Vor-/Rückverhältnis erforderliche toleranzgenaue Lage von Reflektor und Hydrophonen reproduzierbar sichergestellt ist. Die Kompletteinheit läßt sich mit wenigen Handgriffen an dem Träger befestigen, wobei durch die Zusammenfassung der Anschlußleitungen der Hydrophone in einem radial symmetrischen Stecker nur eine einzige elektrische Verbindung gesteckt werden muß. Dies und auch die Tatsache, daß die exakte Lage von Reflektor und Hydrophonen toleranzgenau festgelegt ist und nicht bei der Montage berücksichtigt werden muß, verkürzt die Montagezeit pro Wandleranordnung bzw. Stave erheblich. Durch den vorzugsweise aus Polyurethan hergestellten Hartumguß sind alle Hydrophone der Wandleranordnung gegenüber dem aggressiven Meerwasser isoliert, und es ist nur eine einzige Stelle vorhanden, nämlich die Steckerherausführung aus dem Hartumguß, an welcher gesonderte Maßnahmen zur Verhinderung des Eindiffundierens von Wasser vorgenommen werden muß. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung bei gleichzeitiger prozentualer Erhöhung der Lebensdauer.
  • Die komplette formsteife Baueinheit eröffnet auch die Möglichkeit, die Staves im Falle der Zylinderbasis auf einem zylindrischen Träger aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) zu montieren, wodurch sich eine deutliche Gewichtsreduzierung der Unterwasserantenne erreichen läßt.
  • Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wandleranordnung mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Reflektor eine über alle Hydrophone hinweg sich erstreckende schallweiche Platte auf, die in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die schallweiche Feder eines Feder-Massesystems bildet. Die Masse wird von einer Metallplatine gebildet, die auf der den Hydrophonen zugekehrten Vorderseite der schallweichen Platte an dieser anliegt. Die Masse der Metallplatine und die Schallweichheit der vorzugsweise aus Polyurethan-Schaum hergestellten Platte sind so aufeinander abgestimmt, daß oberhalb einer vorgegebenen Resonanzfrequenz von vorne kommender Nutzschall auf die Hydrophone reflektiert und von hinten kommender Störschall abgeschirmt wird. Der Abstand der Hydrophone von der Metallplatine des Feder-Massesystems wird dabei so klein gewählt, daß keine störenden Interferenzen zwischen direkt einfallendem und von dem Reflektor auf die Hydrophone reflektiertem Nutzschall im gesamten für die Unterwasserantenne relevanten Frequenzbereich auftreten. Durch diesen Aufbau wird ein sehr hohes Vor-/Rückverhältnis der Wandleranordnung erzielt und somit Fehlpeilungen vermieden. Bei vorgegebenem Frequenzbereich für die Wirksamkeit des Feder-Massesystems wird die Weichheit der Feder und das Gewicht der Masse dahingehend optimiert, daß bei vorgegebenem, von der Tauchtiefe der Wandleranordnung abhängigem Wasserdrücken die Eigenschaften des Federelements weitgehend erhalten bleiben. Außerdem werden die tiefenabhängigen Anforderungen mit dem maximal zulässigen Gesamtgewicht der Unterwasserantenne in Einklang gebracht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Metallplatine in Sandwichbauweise aus zwei Metallblechen mit einer dazwischenliegenden biegewellendämpfenden Schicht ausgeführt, wobei vorzugsweise die biegewellendämpfende Schicht eine Folie ist, die mit den beiden Metallblechen verklebt wird. Eine solche biegewellendämpfende Schicht ist beispielsweise in der DE 36 21 318 A1 beschrieben. Durch diesen Sandwichaufbau der Metallplatine werden störende Eigenresonanzen der Masse des Reflektors, die durch Körperschalleinkopplung oder die Wasserschallsignale angeregt werden können, sehr gut unterdrückt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden als Hydrophone kleine Kugelkeramiken verwendet, die zur Einhaltung eines toleranzgenauen Abstandes von dem Reflektor vor Vergießen mit dem im wesentlichen zähelastischen Elastomer auf einem Distanzstück aus Kunststoff befestigt, vorzugsweise angeklebt wird, das auf dem Reflektor positionsgenau gehalten wird. Bevorzugt wird dabei das Kunststoffdistanzstück aus dem gleichen Material mit den gleiche akustischen Eigenschaften hergestellt wie der Hartumguß. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Abstand der Hydrophone vom Reflektor in jeder Wandleranordnung toleranzgenau und reproduzierbar eingehalten ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der an einer Stirnseite des Hartumgusses zugängliche Stecker in ein in den Hartguß eingeformtes Sackloch integriert, das den mit dem Stecker kooperierenden Gegenstecker aufnimmt. Stecker und Gegenstecker sind zur Herstellung einer druckdichten elektrischen Verbindung als Koaxstecker ausgebildet, die über mehrere Dichtungsringe wasserdicht aufeinander aufgesteckt sind. Solche Koaxstecker sind beispielsweise aus der DE 37 14 553 A1 bekannt. Am Grunde des Sacklochs mündet mindestens eine von der Außenseite des Hartumgusses aus eingebrachte Radialbohrung, über welche beim Herausnehmen der Wandleranordnung aus dem Wasser in das Sackloch eingedrungenes Restwasser abfließen kann und so beim Öffnen und Schließen der Steckverbindung nicht mit den elektrischen Steckkontakten in Berührung kommt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Hartumguß Stabform mit einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf, wobei der Anschlußstecker für die Hydrophone in das in einer Stirnseite des Hartumgusses eingeformte Sackloch hineinragt. Zur Befestigung der Stäbe sind Bohrungen vorgesehen, die den Hartumguß und den Reflektor vollständig durchdringen. Mittels durch die Bohrungen hindurchgesteckter Kopfschrauben werden die Wandleranordnungen an dem Träger befestigt.
  • Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt einer Wandleranordnung für eine Unterwasserantenne, schematisch dargestellt,
    Fig. 2
    ausschnittsweise einen Längsschnitt der Wandleranordnung in Fig. 1 in konstruktiver Ausführung,
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht einer mit Wandleranordnungen gemäß Fig. 2 aufgebauten Zylinderbasis.
  • Die in Fig. 1 im Längsschnitt schematisch skizzierte elektroakustische Wandleranordnung für eine Unterwasserantenne weist insgesamt drei Hydrophone 10 auf, die zusammen mit einem in Schalleinfallsrichtung hinter ihnen angeordneten Reflektor 11 in einem akustisch transparenten Hartumguß 20 aus einem im Gießverfahren verarbeitbaren, im wesentlichen zähelastischen Elastomer eingebettet sind. Als Elastomer wird hier Polyurethan (PUR) verwendet. Die Hydrophone 10 sind kleine Kugelkeramiken (Fig. 2), die zur Herstellung der elektrischen Verbindung mit Anschlußleitungen 12 versehen sind. Die Anschlußleitungen 12 aller drei Hydrophone 10 sind dabei auf einen gemeinsamen Stecker 13 geführt, der in ein an einer Stirnseite des Hartumgusses 20 eingeformtes Sackloch 14 hineinragt. Der mit dem Stecker 13 kooperierende Gegenstecker ist mit 15 bezeichnet und wird beim Aufstecken auf den Stecker 13 von dem Sackloch 14 aufgenommen. Das vom Gegenstecker 15 wegführende Anschlußkabel 16 dient der Verbindung der drei, hier parallelgeschalteten Hydrophone 10 mit einer hier nicht dargestellten Empfangseinrichtung. Stecker 13 und Gegenstecker 15 sind als Koaxstecker ausgeführt.
  • Der Reflektor 11 ist als Feder-Massesystem aus einer Masse und einer schallweichen Feder ausgebildet, wobei die Masse von einer Metallplatine 17 und die schallweiche Feder von einer schallweichen Platte, hier einer elastischen Weichstoffplatte 18, realisiert ist, die auf der von den Hydrophonen 10 abgekehrten Rückseite der Metallplatine 17 anliegt. Als Weichstoffplatte 18 wird bevorzugt eine Platte aus Polyurethan-Schaum verwendet, die Metallplatine 17 wird aus Aluminium hergestellt. Zur Unterdrückung von störenden Eigenresonanzen ist die Metallplatine 17 in Sandwichbauweise ausgeführt und besteht aus zwei Metallblechen 171 und 172 mit einer dazwischenliegenden biegewellendämpfenden Schicht 19. Eine solche Dämpfungsschicht ist in der DE 36 21 318 A1 beschrieben und kann hier eingesetzt werden. Bevorzugt wird die Schicht 19 als Folie ausgeführt und mit den beiden Metallblechen 171, 172 verklebt.
  • Zur Herstellung des Hartumgusses 20 aus dem vergießbaren Polyurethan werden Reflektor 11 und Stecker 13 in eine entsprechende Gußform eingesetzt. Die Hydrophone 10 werden zur Einhaltung eines toleranzgenauen Abstandes von dem Reflektor 11 jeweils auf ein Distanzstück 21 (Fig. 2) aufgeklebt. Die Distanzstücke 21 werden positionsgenau am Reflektor 11, und zwar an dessen Metallplatine 17, festgelegt, beispielsweise durch kleine Einsenkungen in der Metallplatine 17 oder aber auch durch Ankleben. Die Distanzstücke 21 werden bevorzugt aus dem gleichen Material hergestellt wie der Hartumguß 20, also aus Polyurethan. Nach Eingießen des Polyurethans in die Gußform und nach dessen Aushärten kann die komplette Wandleranordnung der Gußform entnommen werden. Der Hartumguß 20 erhält dabei bevorzugt eine Stabform mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, auf dessen einer Stirnseite das Sackloch 14 eingeformt ist und am Grunde des Sacklochs 14 der Stecker 13 vorsteht. Um das Ablaufen von Wasser aus dem Sackloch 14 sicherzustellen ist in den Hartumguß 20 mindestens eine, vorzugsweise zwei diametrale, im Sackloch 14 mündende Radialbohrung 28 eingebracht, die in Fig. 2 um 90° in die Zeichenebene hinein gedreht dargestellt ist.
  • Zur Befestigung der stabförmigen Wandleranordnung an einem Träger sind zwei Bohrungen 22 (Fig. 1) vorgesehen, die symmetrisch zwischen den Hydrophonen 10 angeordnet sind und den Hartumguß 20 und den Reflektor 11 vollständig durchdringen. Dabei weist der die Metallplatine 17 des Reflektors 11 durchdringende Bohrungsabschnitt 222 einen wesentlich kleineren Durchmesser auf als die Bohrungsabschnitte 221 und 223, die sich auf der vom Träger abgekehrten Vorderseite des Hartumgusses 20 bis hin zur Metallplatine 17 des Reflektors 10 bzw. auf der dem Träger zugekehrten Rückseite des Hartumgusses 20 bis hin zur Weichstoffplatte 18 und durch diese hindurch erstrecken. Diese Bohrungen 22 nehmen jeweils Kopfschrauben auf, mittels welcher die stabförmige Wandleranordnung an dem Träger befestigt wird. Der Kopf der Kopfschrauben liegt dabei unmittelbar oder über körperschallentkoppelnde Zwischenstücke, z. B. aus PUR, an der Metallplatine 17 an. Die unmittelbare Anlage wird aus Kostengründen bei einer Unterwasserantenne gemäß Fig. 3 bevorzugt, bei welcher die Wandleranordnungen auf einem GFK-Zylinder als Träger aufgeschraubt werden. Die körperschallentkoppelnden Zwischenstücke müssen bei der direkten Befestigung der stabförmigen Wandleranordnungen am Schiffsbug zur Bildung eines Conformal Array eingesetzt werden.
  • In Fig. 3 ist eine Unterwasserantenne perspektivisch dargestellt, die mit einer Vielzahl von elektroakustischen Wandleranordnungen, sog. Staves, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, aufgebaut ist. Die als Empfangsbasis konzipierte Unterwasserantenne ist als Zylinderbasis ausgeführt, wobei die einzelnen Staves auf einem zylinderförmigen Träger 23 aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) außen aufgesetzt und über ihre Bohrungen 22 mit dem Träger 23 fest verbunden sind. Die einzelnen stabförmigen Staves sind dabei wechselweise um 180° gegeneinander gedreht, so daß die Stecker 13 benachbarter Staves einmal am oberen und einmal am unteren Rand des Trägers 23 liegen. Die Anschlußkabel 16 von insgesamt 96 Staves sind je zur Hälfte am oberen und unteren Rand des zylinderförmigen Trägers 23 entlanggeführt und jeweils in einer Anschlußeinheit 24 bzw. 25 zusammengefaßt. Von jeder Anschlußeinheit 24 bzw. 25 führt ein Vielfachkabel 26 bzw. 27 zu der hier nicht dargestellten Empfangseinrichtung.

Claims (13)

  1. Elektroakustische Wandleranordnung für Unterwasserantennen aus mehreren an einem Träger (23) vertikal übereinander äquidistant anzuordnenden Hydrophonen (10), die zur elektrischen Verbindung mit Anschlußleitungen (12) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrophone (10) zusammen mit einem in Schalleinfallsrichtung hinter ihnen angeordneten Reflektor (11) in einem akustisch transparenten Hartumguß (20) aus einem im Gießverfahren verarbeitbaren Elastomer, vorzugsweise Polyurethan (PUR), eingebettet sind, daß die Anschlußleitungen (12) der Hydrophone (10) auf einem gemeinsamen Stecker (13) zusammengefaßt sind, der an einer Stirnseite des Hartumgusses (20) zugänglich ist, und daß am Hartumguß (20) Mittel zur Befestigung am Träger (23) vorgesehen sind.
  2. Wandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (11) eine über alle Hydrophone (10) hinweg sich erstreckende schallweiche Platte (18), vorzugsweise aus Polyurethan-Schaum, aufweist.
  3. Wandleranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schallweiche Platte (18) die schallweiche Feder eines Feder-Massesystems bildet, dessen Masse eine Metallplatine (17) ist, die auf der den Hydrophonen (10) zugekehrten Vorderseite der schallweichen Platte (18) an dieser anliegt.
  4. Wandleranordung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Metallplatine (17) und die Schallweichheit der schallweichen Platte (18) so aufeinander abgestimmt sind, daß oberhalb einer vorgegebenen Resonanzfrequenz von vorn kommender Nutzschall auf die Hydrophone (10) reflektiert und von hinten kommender Störschall abgeschirmt wird.
  5. Wandleranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatine (17) in Sandwichbauweise aus zwei Metallblechen (171, 172) mit einer dazwischenliegenden biegewellendämpfenden Schicht (19) ausgeführt ist.
  6. Wandleranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die biegewellendämpfende Schicht (19) ein Folie ist, die mit den beiden Metallblechen (171, 172) verklebt ist.
  7. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatine (17) bzw. die Metallbleche (171, 172) aus Aluminium bestehen.
  8. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydrophone (10) Kugelkeramiken eingesetzt sind, die zur Einhaltung eines toleranzgenauen Abstands von dem Reflektor (11) auf einem auf dem Reflektor (11) positionsgenau gehaltenen Distanzstück (21), vorzugsweise aus Kunststoff, befestigt, vorzugsweise angeklebt, sind.
  9. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (13) in ein im Hartumguß (20) eingeformtes Sackloch (14) zur Aufnahme eines mit dem Stecker (13) kooperierenden Gegensteckers (15) hineinragt und daß am Grunde des Sacklochs (14) mindestens eine von der Außenseite des Hartumgusses (20) eingebrachte Radialbohrung (29) mündet.
  10. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartumguß (20) Stabform mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt aufweist.
  11. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel den Hartumguß (20) und den Reflektor (11) durchdringende Bohrungen (22) aufweisen.
  12. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der von der vom Träger (23) abgekehrten Vorderseite des Hartumgusses (20) bis hin zur Metallplatine (17) des Reflektors (11) sich erstreckende Bohrungsabschnitt (221) einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist als der durch die Metallplatine (17) hindurchtretende Bohrungsabschnitt (222).
  13. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ihre Befestigung an einem zylindrischen Träger (23) aus glasfaserverstärktem Kunststoff.
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