EP0794841B1 - Sonar array with sensitivity peaks at at least two frequencies - Google Patents
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- B06B1/0629—Square array
Definitions
- Underwater antennas can be operated exclusively passive or active or possess the faculty of a simultaneous active and passive operation.
- Sizing of the transducer pavilions allows optimal operation of the antenna at all frequencies. Indeed, to obtain a correct surface sampling both at the frequency ⁇ 1 and at the frequency ⁇ 2 , it suffices, for the frequency ⁇ 1 , to divide the transducers into groups 80 1 to 80 n for example according to a square mesh so that the equivalent characteristic dimension of each of the groups of transducers is substantially equal to half the wavelength ⁇ 1 and, for each group, to combine the operation of the transducers which form part thereof. For this, the signals from each element of a group, for example of 4 or 9 elements, are summed electronically by an operational amplifier thus constituting a single source which is processed by the preformation circuits.
Description
La présente invention concerne le domaine des antennes de sonar, notamment celles destinées à être embarquées sur un engin sous-marin pour constituer une tête rapportée de cet engin. Elle a plus particulièrement pour objet une antenne de sonar apte à fonctionner dans différentes bandes de fréquences.The present invention relates to the field of sonar antennas, in particular those intended to be embarked on an underwater vehicle for constitute a head added from this machine. It has more particularly for object a sonar antenna capable of operating in different frequency bands.
Une antenne de sonar est généralement constituée d'un grand nombre de transducteurs. Chaque transducteur, par exemple de réception, est constitué d'un élément de conversion de l'énergie de pression qui se propage dans le milieu liquide, en énergie électrique qui peut être traitée par des moyens électroniques. Dans une antenne sous marine comme celle utilisée dans les sonars pour torpilles, les transducteurs sont disposés les uns à côté des autres sur un matériau acoustiquement transparent assurant le transfert de l'énergie ; ils sont de plus fixés mécaniquement de manière plus ou moins complexe sur un support propre à supporter les efforts de pression.A sonar antenna usually consists of a large number of transducers. Each transducer, for example of reception, consists of a pressure energy conversion element that spreads through the medium liquid, into electrical energy which can be processed by electronic means. In an underwater antenna like the one used in torpedo sonars, the transducers are arranged next to each other on a material acoustically transparent ensuring the transfer of energy; they are more fixed mechanically in a more or less complex manner on a support suitable for bear the pressure forces.
A titre d'exemple on peut citer le brevet FR 2603761 qui décrit une antenne de sonar constituant la tête rapportée d'un engin sous-marin, laquelle antenne comporte un noyau qui est un bloc de mousse'' syntactique rigide, résistant à la pression hydrostatique d'immersion, lequel bloc comporte des logements dans chacun desquels est placé un transducteur électroacoustique, dont la face externe affleure la face externe dudit bloc. Cette antenne comporte une enveloppe étanche en un matériau acoustiquement transparent qui est surmoulée autour du bloc et des transducteurs et qui a un profil hydrodynamique en ogive qui prolonge celui de la coque de l'engin et des moyens de fixation contre la face externe de l'extrémité avant de la coque de l'engin.By way of example, mention may be made of patent FR 2603761 which describes an antenna of sonar constituting the added head of an underwater vehicle, which antenna has a core which is a rigid syntactic foam block, resistant to hydrostatic immersion pressure, which block has housings in each of which is placed an electroacoustic transducer, the external face of which is flush with the external face of said block. This antenna has a waterproof envelope in an acoustically transparent material which is molded around the block and transducers and which has a hydrodynamic profile in warhead which extends that of the shell of the machine and fixing means against the external face of the end forward of the hull of the machine.
Les antennes sous-marines peuvent être à fonctionnement exclusivement passif ou actif ou posséder la faculté d'un fonctionnement simultané actif et passif.Underwater antennas can be operated exclusively passive or active or possess the faculty of a simultaneous active and passive operation.
Dans tous les cas, l'antenne possède une fréquence de fonctionnement optimale qui se caractérise par le fait que l'échantillonnage de la surface sensible, ou en d'autres termes le nombre de transducteurs par unité de surface, est bien adapté et pour les antennes actives, que chaque transducteur puisse transformer avec le meilleur rendement, l'énergie électrique en énergie mécanique. Pour tenter de répondre aux besoins des concepteurs d'autodirecteurs de torpille qui demandent de plus en plus d'agilité fréquentielle au sonar, des études d'antennes actives dites "large bande", ont conduit à concevoir par des moyens plus ou moins complexes, des transducteurs dont le rendement se maintient à un niveau suffisant pour une excursion fréquentielle de l'ordre de 30% de la fréquence optimale. Cependant les facteurs sur lesquels il reste impossible de jouer en fonction de la fréquence, restent d'une part la dimension du pavillon des transducteurs qui constitue l'organe de couplage entre le milieu et le matériau transformateur d'énergie, cette dimension fixant l'échantillonnage surfacique et d'autre part les dimensions des pièces constitutives des transducteurs, qui fixent la fréquence optimale de fonctionnement.In all cases, the antenna has an operating frequency optimal which is characterized by the fact that the sampling of the sensitive surface, or in other words the number of transducers per unit area, is good suitable and for active antennas, which each transducer can transform with the best efficiency, electrical energy into mechanical energy. To try meet the needs of torpedo seeker designers who are asking more and more frequency agility in sonar, studies of active antennas called "broadband", led to design by more or less complex means, transducers whose performance is maintained at a level sufficient for a frequency excursion of the order of 30% of the optimal frequency. However the factors that cannot be played depending on the frequency, remain on the one hand, the size of the transducer pavilion which constitutes the coupling between the medium and the energy transformer material, this dimension fixing the surface sampling and on the other hand the dimensions of the parts components of the transducers, which set the optimum operating frequency.
Par dimension du pavillon d'un transducteur, il faut entendre le diamètre du pavillon s'il à la forme d'un cylindre aplati ou la longueur d'un coté s'il à la forme d'un parallélépipède rectangle à base carrée.By dimension of the roof of a transducer, we mean the diameter of the flag if it has the shape of a flattened cylinder or the length of one side if it has the shape of a rectangular parallelepiped with square base.
Pour des raisons physiques de transmission d'énergie et de moindre interaction des transducteurs les uns sur les autres, le concepteur est amené à disposer les éléments à des distances qui restent voisines de la moitié de la longueur de l'onde qui se propage dans le milieu.For physical reasons of energy transmission and less interaction of the transducers on each other, the designer is led to arrange the elements at distances which remain close to half of the length of the wave which propagates in the medium.
Le brevet GB 2077552 décrit une antenne sonar utilisable pour la recherche des bancs de poissons ou de sable et qui comporte des transducteurs émettant à deux fréquences ν1 et ν2 , respectivement 55 kHz et 130 kHz, la dimension du pavillon de chaque transducteur étant sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde λ1 correspondant à la fréquence ν1 . Or, avec une telle antenne, le rendement chute notablement lorsque les transducteurs fonctionnent à la fréquence ν2 . En outre, une telle antenne ne peut être utilisée dans un autodirecteur de torpille du fait de sa très faible directivité.GB patent 2077552 describes a sonar antenna which can be used to search for schools of fish or sand and which comprises transducers emitting at two frequencies ν 1 and ν 2 , respectively 55 kHz and 130 kHz, the size of the flag of each transducer being substantially equal to half the wavelength λ 1 corresponding to the frequency ν 1 . However, with such an antenna, the efficiency drops notably when the transducers operate at the frequency ν 2 . In addition, such an antenna cannot be used in a torpedo seeker due to its very low directivity.
La présente invention a notamment pour objectif de remédier à ces inconvénients en proposant une antenne sonar ayant un rendement élevé dans de multiples bandes de fréquences ν1 , ν2 ... conciliant pour ces multiples bandes de fréquences un échantillonnage spatial optimal tout en conservant la fonction émission sur plusieurs bandes de fréquences.The present invention aims in particular to remedy these drawbacks by proposing a sonar antenna having a high efficiency in multiple frequency bands ν 1 , ν 2 ... reconciling for these multiple frequency bands an optimal spatial sampling while retaining the transmission function on several frequency bands.
Une antenne sonar selon l'invention comporte des transducteurs identiques et présentant au moins à deux fréquences ν1 et ν2 des pics de sensibilité et est caractérisée en ce que la dimension du pavillon de ces transducteurs est comprise entre 0,35 et 0,65 fois la longueur d'onde λ2 correspondant à la plus élevée des fréquences ν1 et ν2 A sonar antenna according to the invention comprises identical transducers and having at least two sensitivity peaks ν 1 and ν 2 and is characterized in that the dimension of the horn of these transducers is between 0.35 and 0.65 times the wavelength λ 2 corresponding to the higher of the frequencies ν 1 and ν 2
Ce fractionnement de la surface sensible de l'antenne, amène à construire un grand nombre d'éléments ce qui entraínerait un coût assez élevé pour une réalisation industrielle classique à base de collage des éléments côte à côte sur une surface. Une autre caractéristique de l'invention consiste lors de la fabrication des transducteurs à utiliser les étapes suivantes
- dans une première étape à revêtir une plaque en matériau destiné à constituer les pavillons d'un revêtement en matérieau acoustiquement transparent,
- dans une étape ultérieure, à découper la plaque, mais pas le revêtement de façon à former une matrice de pavillons juxtaposés et séparés par lesdites découpes.
- in a first step of coating a plate of material intended to constitute the pavilions with a coating of acoustically transparent material,
- in a subsequent step, cutting the plate, but not the covering so as to form a matrix of pavilions juxtaposed and separated by said cuts.
Un procédé de fabrication, suivant l'invention, de la matrice de transducteurs constituant l'antenne peut ainsi être le suivant :
- dans une première étape, des alésages taraudés sont réalisés dans une plaque en matériau adapté pour constitué des pavillons, par exemple de l'aluminium, selon une matrice carrée, la distance séparant deux alésages consécutifs étant sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde λ2 ,
- dans une seconde étape, ladite plaque est recouverte par une couche en matériau acoustiquement transparent. A titre d'exemple, ce matériau peut être du caoutchouc déposé par vulcanisation de façon à assurer une adhérence parfaite. Ce revêtement est destiné à constituer l'enveloppe étanche de l'antenne au niveau de la tête de la torpille,
- dans une troisième étape des sillons sont réalisés dans le sens longitudinal et dans le sens transversal de la plaque de manière à constituer une mosaïque de pavillons de forme carrée ou rectangulaire dont les axes correspondent à ceux des alésages taraudés et dont la longueur des côtés est sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde λ2 ,
- dans une quatrième étape une tige de précontrainte dont au moins l'une des extrémités est filetée est vissée dans chacun des alésages taraudés de la plaque.
- dans une cinquième étape, un moteur piézo-électrique puis une contremasse présentant un alésage axial et dimensionnés pour pouvoir fonctionner aux deux fréquences ν1 et ν2 sont fixés à chacune des tiges de précontrainte, chaque transducteur étant alors constitué.
- in a first step, tapped bores are produced in a plate made of a material suitable for making pavilions, for example aluminum, according to a square matrix, the distance separating two consecutive bores being substantially equal to half the length of wave λ 2 ,
- in a second step, said plate is covered by a layer of acoustically transparent material. By way of example, this material can be rubber deposited by vulcanization so as to ensure perfect adhesion. This coating is intended to constitute the waterproof envelope of the antenna at the level of the head of the torpedo,
- in a third step grooves are made in the longitudinal direction and in the transverse direction of the plate so as to constitute a mosaic of pavilions of square or rectangular shape whose axes correspond to those of the tapped bores and whose length of the sides is substantially equal to half the wavelength λ 2 ,
- in a fourth step, a preload rod, at least one of the ends of which is threaded, is screwed into each of the threaded bores of the plate.
- in a fifth step, a piezoelectric motor then a counterweight having an axial bore and dimensioned to be able to operate at the two frequencies ν 1 and ν 2 are fixed to each of the prestressing rods, each transducer then being formed.
On peut alors obtenir une antenne sonar comportant au moins deux transducteurs du type comportant une tige de précontrainte, un moteur piézo-électrique, un pavillon et une contremasse, caractérisé en ce que les pavillons sont constitués par une plaque comportant des sillons afin de les délimiter, cette plaque étant recouverte d'un matériau acoustiquement transparent.We can then obtain a sonar antenna comprising at least two transducers of the type comprising a prestressing rod, a piezoelectric motor, a pavilion and a counterweight, characterized in that the pavilions are constituted by a plate comprising grooves in order to delimit them, this plate being covered with an acoustically transparent material.
Dans le but d'obtenir un fonctionnement optimal de l'antenne selon l'invention à toutes les fréquences un procédé pour sa mise en oeuvre consiste, lorsque les transducteurs fonctionnent à une fréquence inférieure à la fréquence la plus élevée à partir de laquelle les pavillons des transducteurs ont été dimensionnés, à grouper électriquement plusieurs transducteurs de telle sorte que, pour cette fréquence, la dimension caractéristique équivalente des pavillons de ce groupement de transducteurs soit comprise entre 0,35 et 0,65 fois la longueur d'onde correspondante. In order to obtain optimal functioning of the antenna according to the invention at all frequencies a method for its implementation consists, when the transducers operate at a frequency lower than the frequency the higher from which the transducer pavilions were dimensioned, electrically grouping several transducers so that, for this frequency, the equivalent characteristic dimension of the pavilions of this transducer group is between 0.35 and 0.65 times the length corresponding wave.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaítront dans la description d'un mode de réalisation appliqué aux torpilles sous-marines, au regard des figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 montre un transducteur classique ainsi qu'une l'implantation classique des transducteurs dans une antenne,
- la figure 2 présente un transducteur ainsi qu'une l'implantation selon l'invention,
- la figure 3 illustre différentes étapes de réalisation d'une antenne selon l'invention,
- la figure 4 montre un schéma simplifié d'une tête de torpille comportant une antenne,
- la figure 5 présente un schéma du mode de regroupement des transducteurs.
- FIG. 1 shows a conventional transducer as well as a conventional implantation of the transducers in an antenna,
- FIG. 2 shows a transducer and an installation according to the invention,
- FIG. 3 illustrates different stages in the production of an antenna according to the invention,
- FIG. 4 shows a simplified diagram of a torpedo head comprising an antenna,
- FIG. 5 presents a diagram of the method of grouping the transducers.
Sur la figure 1a est représenté un transducteur selon l'état de la technique. Il est dimensionné de façon à pouvoir fonctionner à une ou plusieurs fréquences et comporte un élément 101 de conversion d'énergie, un pavillon 102 et une contremasse 103, l'ensemble étant solidarisé par une tige de précontrainte non représentée.In Figure 1a is shown a transducer according to the prior art. he is dimensioned so that it can operate at one or more frequencies and comprises an energy conversion element 101, a pavilion 102 and a countermass 103, the assembly being secured by a non-prestressing rod represented.
Sur la figure 1b est représentée une l'implantation classique des transducteurs dans une antenne 100.In Figure 1b is shown a conventional layout of transducers in an antenna 100.
Ils sont identiques et dimensionnés de façon à émettre à une fréquence
spécifique ν1 , la dimension des pavillons des transducteurs étant sensiblement
égale à la valeur d'une demi longueur d'onde λ1 et la distance séparant deux
transducteurs juxtaposés étant aussi de l'ordre d'une demi longueur d'onde. Il est
rappelé que la fréquence et la longueur d'onde sont reliés par la relation
Sur la figure 2 est montré une antenne 50 selon un mode de réalisation de l'invention. Les transducteurs 60 sont identiques et dimensionnés, de façon connue, par exemple à l'aide d'un logiciel de simulation, de façon à émettre à une première fréquence ν1 ainsi qu'à une seconde fréquence ν2 correspondant à une fréquence harmonique de ν1 . A titre d'exemple, ν1 peut être choisie égale à 15 kHz et ν2 correspondre à une fréquence de l'ordre de 45kHz. Ils comportent un élément 61 de conversion d'énergie, un pavillon 62 et une contremasse 63, l'ensemble étant solidarisé par une tige de précontrainte non représentée.In Figure 2 is shown an antenna 50 according to an embodiment of the invention. The transducers 60 are identical and dimensioned, in a known manner, for example using simulation software, so as to transmit at a first frequency ν 1 as well as at a second frequency ν 2 corresponding to a harmonic frequency of ν 1 . For example, ν 1 can be chosen equal to 15 kHz and ν 2 correspond to a frequency of the order of 45 kHz. They include an energy conversion element 61, a pavilion 62 and a countermass 63, the assembly being secured by a prestressing rod, not shown.
Pour ce qui concerne l'échantillonnage surfacique, la dimension caractéristique du pavillon, c'est à dire le diamètre s'il à la forme d'un cylindre aplati ou la longueur d'un coté s'il à la forme d'un parallélépipède rectangle à base carrée, est choisie en fonction de la longueur d'onde λ2 correspondant à la fréquence ν2 . Dans cet exemple de réalisation cette dimension est choisie égale à la moitié de cette longueur d'onde λ2 .Regarding surface sampling, the characteristic dimension of the pavilion, i.e. the diameter if it has the shape of a flattened cylinder or the length of one side if it has the shape of a parallelepiped rectangle with square base, is chosen according to the wavelength λ 2 corresponding to the frequency ν 2 . In this exemplary embodiment, this dimension is chosen to be equal to half of this wavelength λ 2 .
On comprendra qu'un tel dimensionnement augmente, par rapport à l'état de la technique, le nombre de transducteurs, d'un facteur égal à .(λ1/λ2)2 ou, ce qui est équivalent, à (ν2 /ν1 )2. Dans cet exemple de réalisation, ce facteur est égal à 9,It will be understood that such a dimensioning increases, compared to the state of the art, the number of transducers, by a factor equal to. (Λ 1 / λ 2 ) 2 or, which is equivalent, to ( ν 2 / ν 1 ) 2 . In this exemplary embodiment, this factor is equal to 9,
Aussi, dans le but de réduire le coût de fabrication d'une telle antenne il est avantageux de fabriquer les transducteurs constitutifs de l'antenne 50 selon un procédé qui comporte les deux étapes suivantes :
- dans une première étape une plaque en matériau destiné à constituer les pavillons est solidarisée à un revêtement acoustiquement transparent,
- dans une étape ultérieure, cette plaque est découpée, mais pas le revêtement de façon à former une matrice de pavillons juxtaposés.
- in a first step, a plate of material intended to constitute the pavilions is secured to an acoustically transparent coating,
- in a subsequent step, this plate is cut, but not the covering so as to form a matrix of juxtaposed pavilions.
Le procédé de fabrication de l'antenne peut ainsi être le suivant.The antenna manufacturing process can thus be as follows.
Dans une première étape, des alésages taraudés sont réalisés dans une plaque en matériau adapté pour constituer des pavillons, par exemple de l'aluminium, selon une matrice carrée, la distance séparant deux alésages consécutifs étant sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde λ2.In a first step, tapped bores are produced in a plate made of a material suitable for forming pavilions, for example aluminum, according to a square matrix, the distance separating two consecutive bores being substantially equal to half the length of wave λ 2 .
Dans une seconde étape, ladite plaque est recouverte par une couche en matérieau acoustiquement transparent. A titre d'exemple, ce matériau peut être du caoutchouc déposé par vulcanisation de façon à assurer une adhérence parfaite. Ce revêtement est destiné à constituer l'enveloppe étanche de l'antenne au niveau de la tête de la torpille.In a second step, said plate is covered by a layer of acoustically transparent material. For example, this material can be rubber deposited by vulcanization to ensure perfect adhesion. This coating is intended to constitute the waterproof envelope of the antenna at the level of the torpedo head.
Dans une troisième étape des sillons sont réalisés dans le sens longitudinal et dans le sens transversal de la plaque de manière à constituer une mosaïque de pavillons de forme carrée dont les axes correspondent à ceux des alésages taraudés et dont la longueur des côtés est sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde λ2 . Ces sillons sont réalisés par une opération de fraisage.In a third step, grooves are made in the longitudinal direction and in the transverse direction of the plate so as to constitute a mosaic of pavilions of square shape whose axes correspond to those of the tapped bores and whose length of the sides is substantially equal to half the wavelength λ 2 . These grooves are made by a milling operation.
Dans une quatrième étape une tige de précontrainte dont au moins l'une des extrémités est filetée est vissée dans chacun des alésages taraudés de la plaque.In a fourth step, a prestressing rod of which at least one of the ends is threaded is screwed into each of the threaded bores of the plate.
Dans une cinquième étape, un moteur piézo-électrique puis une contremasse présentant un alésage axial et dimensionnés pour pouvoir fonctionner aux deux fréquences ν1 et ν2 sont fixés a chacune des tiges de précontrainte, chaque transducteurs étant alors constitué.In a fifth step, a piezoelectric motor then a counterweight having an axial bore and dimensioned to be able to operate at the two frequencies ν 1 and ν 2 are fixed to each of the prestressing rods, each transducer then being formed.
A titre d'exemple, un autre procédé de fabrication des transducteurs 60 de l'antenne 50 pourrait être, comme illustré aux figures 3a à 3d, le suivant :As an example, another method of manufacturing transducers 60 of the antenna 50 could be, as illustrated in FIGS. 3a to 3d, the following:
Dans une première étape, des alésages 64, présentant un lamage 65, sont réalisés dans une plaque 66 en matériau adapté pour constitué des pavillons, par exemple de l'aluminium, selon une matrice carrée, la distance séparant deux alésages 64 consécutifs étant sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde λ2 .In a first step, bores 64, having a counterbore 65, are produced in a plate 66 of material suitable for constituting pavilions, for example aluminum, according to a square matrix, the distance separating two consecutive bores 64 being substantially equal at half the wavelength λ 2 .
Dans une seconde étape, une tige de précontrainte 67 présentant une tête 68 à l'une de ses extrémités est fixée, par collage dans chacun des alésages 64, la tête 65 reposant sur le lamage 65 de la plaque 66 de façon à effleurer la partie supérieure 66 de cette dernière,In a second step, a prestressing rod 67 having a head 68 at one of its ends is fixed, by gluing in each of the bores 64, the head 65 resting on the counterbore 65 of the plate 66 so as to touch the part superior 66 of the latter,
Dans une troisième étape, la surface supérieure 69 de la plaque 66 est recouverte par une couche 70 en matériau acoustiquement transparent, par exemple du caoutchouc déposé par vulcanisation de façon à assurer une adhérence parfaiteIn a third step, the upper surface 69 of the plate 66 is covered by a layer 70 of acoustically transparent material, for example rubber deposited by vulcanization to ensure perfect adhesion
Dans une quatrième étape des sillons 71 sont réalisés dans le sens longitudinal et dans le sens transversal de la plaque, mais pas du revêtement, de manière à constituer une mosaïque de pavillons indépendants 62 de forme carrée dont les axes correspondent à ceux des alésages 64 taraudés et dont la longueur des côtés est sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde λ2 . Ces sillons 71 sont réalisés par une opération de fraisage.In a fourth step grooves 71 are made in the longitudinal direction and in the transverse direction of the plate, but not of the covering, so as to constitute a mosaic of independent pavilions 62 of square shape whose axes correspond to those of the tapped bores 64 and the length of the sides of which is substantially equal to half the wavelength λ 2 . These grooves 71 are produced by a milling operation.
Dans une cinquième étape, un moteur piézo-électrique 61 puis une contremasse 63 présentant un alésage axial et dimensionnés pour pouvoir fonctionner aux deux fréquences ν1 et ν2 sont fixés à chacune des tiges de précontrainte, chaque transducteurs étant alors constitué.In a fifth step, a piezoelectric motor 61 then a countermass 63 having an axial bore and dimensioned to be able to operate at the two frequencies ν 1 and ν 2 are fixed to each of the prestressing rods, each transducer then being formed.
La figure 4 est un schéma en coupe d'une antenne de sonar selon l'invention embarquée sur une torpille comportant une coque creuse 1.Figure 4 is a sectional diagram of a sonar antenna according to the invention on board a torpedo comprising a hollow shell 1.
La coque de l'engin comporte, à son extrémité avant, une pièce 2 destinée à supporter l'antenne. Elle est de forme tronconique et comporte un alésage axial 3. Elle est recouverte, depuis la périphérie jusqu'à l'alésage par un matériau 7 apte à amortir les vibrations de l'engin en fonctionnement comme, par exemple, un élastomère à haut coefficient d'amortissement dont l'épaisseur est variable et telle que la section soit sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'engin.The shell of the machine comprises, at its front end, a part 2 intended for support the antenna. It is frustoconical in shape and has an axial bore 3. It is covered, from the periphery to the bore with a material 7 capable of dampen vibrations of the machine in operation such as, for example, a elastomer with high damping coefficient whose thickness is variable and such that the section is substantially perpendicular to the axis of the machine.
A l'avant de la pièce 2 se trouve une tête 4 qui a la forme générale d'une ogive aplatie et dont la surface externe 70 a été solidarisé à la plaque 66 destinée à constituer la mosaïque de transducteurs, par vulcanisation.At the front of part 2 is a head 4 which has the general shape of a flattened warhead and whose external surface 70 has been secured to the plate 66 intended for constitute the mosaic of transducers, by vulcanization.
La tête 4 constitue une antenne de sonar destinée à assurer des fonctions d'émission et de réception d'ondes acoustiquesThe head 4 constitutes a sonar antenna intended to perform functions transmitting and receiving acoustic waves
Elle comporte un noyau 5 pouvant être un bloc de mousse syntactique qui a une résistance mécanique suffisante pour supporter la pression hydrostatique et qui a une impédance acoustique différente de celle de la coque et des transducteurs et une densité inférieure à 1.It comprises a core 5 which can be a block of syntactic foam which has sufficient mechanical strength to withstand the hydrostatic pressure and which has a different acoustic impedance than that of the shell and the transducers and a density less than 1.
Ce noyau 5 comporte une face avant plane dans laquelle sont réservés des logements borgnes 6 destinés à recevoir le réseau de transducteurs du type Tonpilz dont les éléments constitutifs ont été décrits précédemment et dont les électrodes sont connectées sur un connecteur électrique 12.This core 5 has a flat front face in which are reserved blind housings 6 intended to receive the Tonpilz type transducer network the components of which have been described above and the electrodes of which are connected to an electrical connector 12.
Les logements borgnes 6 sont reliés à une cavité axiale par des perçages dans le noyau 5 à l'intérieur desquels passent des conducteurs reliés aux électrodes et au connecteur 12 qui est fixé, par exemple à un câble multiconducteurs, aux équipements électroniques situés à l'intérieur de l'engin.The blind housings 6 are connected to an axial cavity by holes in the core 5 inside which conductors connected to the electrodes pass and to connector 12 which is fixed, for example to a multicore cable, to the electronic equipment located inside the machine.
La tête comporte en outre une enveloppe 7, par exemple en matériau acoustiquement transparent comme celui qui est fixé au revêtement des pavillons.The head further comprises an envelope 7, for example of material acoustically transparent like the one fixed to the paving covering.
La tête est ensuite fixée de manière connue, comme par exemple celle décrite dans le brevet FR2603761 à la coque par l'intermédiaire d'une pièce de centrage et de fixation 14.The head is then fixed in a known manner, such as for example that described in patent FR2603761 to the shell using a piece of centering and fixing 14.
Un dimensionnement des pavillons des transducteurs permet un fonctionnement optimal de l'antenne à toutes les fréquences. En effet, pour obtenir un échantillonnage surfacique correct aussi bien à la fréquence ν1 qu'à la fréquence ν2 , il suffit, pour la fréquence ν1 , de répartir les transducteurs en groupes 801 à 80n par exemple selon une maille carrée de telle sorte que la dimension caractéristique équivalente de chacun des groupes de transducteurs soit sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde λ1 et, pour chaque groupe, à combiner le fonctionnement des transducteurs qui en font partie. Pour cela, les signaux issus de chaque élément d'un groupe par exemple de 4 ou 9 éléments, sont sommés électroniquement par un amplificateur opérationnel constituant ainsi une source unique qui est traitée par les circuits de préformation.Sizing of the transducer pavilions allows optimal operation of the antenna at all frequencies. Indeed, to obtain a correct surface sampling both at the frequency ν 1 and at the frequency ν 2 , it suffices, for the frequency ν 1 , to divide the transducers into groups 80 1 to 80 n for example according to a square mesh so that the equivalent characteristic dimension of each of the groups of transducers is substantially equal to half the wavelength λ 1 and, for each group, to combine the operation of the transducers which form part thereof. For this, the signals from each element of a group, for example of 4 or 9 elements, are summed electronically by an operational amplifier thus constituting a single source which is processed by the preformation circuits.
Le nombre de transducteur par groupe est de l'ordre de grandeur du rapport (λ1 /λ2 )2 soit 9 dans ce mode de réalisation de l'invention.The number of transducers per group is of the order of magnitude of the ratio ( λ 1 / λ 2 ) 2 or 9 in this embodiment of the invention.
Il est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation présenté. Ainsi, le transducteur peut être dimensionné pour fonctionner à plus de deux fréquences, la dimension des pavillons étant toujours dimensionnée par rapport à la fréquence de fonctionnement la plus élevée et le fonctionnement des transducteurs s'effectuant par groupe de transducteurs dont le nombre est fonction de la fréquence de fonctionnement. De plus, pour une question de simplicité le nombre de transducteur par groupe est choisi de façon que pour la fréquence considérée la dimension caractéristique du pavillon de ces transducteurs soit comprise environ entre 0,35 et 0,65 fois la longueur d'onde correspondante et le nombre de transducteurs par groupe soit choisi parmi les valeurs 4, 9, 16... soit n2, n étant un nombre entier.It is obvious that many modifications can be made to the embodiment presented. Thus, the transducer can be dimensioned to operate at more than two frequencies, the dimension of the pavilions always being dimensioned with respect to the highest operating frequency and the operation of the transducers being effected by group of transducers the number of which is a function of the operating frequency. In addition, for the sake of simplicity, the number of transducers per group is chosen so that, for the frequency considered, the characteristic dimension of the horn of these transducers is between approximately 0.35 and 0.65 times the corresponding wavelength and the number of transducers per group is chosen from the values 4, 9, 16 ... or n 2 , n being an integer.
Claims (7)
- Sonar antenna having at least two identical transducers and exhibiting sensitivity peaks at at least two frequencies ν1 and ν2, characterized in that the characteristic panel dimension of said transducers is between 0,35 and 0,65 times the wavelength λ2 corresponding to the higher of the frequencies ν1 and ν2.
- Sonar antenna as defined in claim 1, where the at least two identical transducers comprise a prestessing rod (67), an energy conversion element (61), a head mass (62) and a tail mass (63), caracterized in that the head masses are constituted by a plate (66) having grooves (71) delimiting them, the plate being covered with a layer (70) of acoustically transparent material.
- Method of implementing an antenna as defined in claim 1 or 2, characterized by consisting, when the transducers are operating at frequency ν1 , of grouping the operation of multiple transducers so that the equivalent characteristic dimension of the head masses of said group of transducers is between 0,35 and 0,65 times the wavelength λ1 corresponding to the lower of the frequencies ν1 and ν2.
- Method of manufacturing an array of transducers as defined in claim 1 or 2, characterized by consisting of:coating a plate of material intended to constitute the head masses with a coating of an acoustically transparent material ;cutting up the plate, but not the coating, so as to form an array of juxaposed head masses separated by said cuts.
- Method of manufacturing an array of transducers as defined in claim 4 characterized by consisting of:in a first step, making threaded holes, in a square array, in a plate of material suitable for constituting the head masses, the distance separating two successive holes being substantially equal to half the wavelength λ2;in a second step, covering the plate with a layer of acoustically transparent material;in a third step, making grooves in the longitudinal direction and the transverse direction of the plate, so as to constitute a mosaic of head masses of the square shape, the axes of which correspond to those of the threaded holes and the length of whose sides is substantially equal to half the wavelength λ2;in a fourth step, screwing a prestressing rod, at least one of whose end is threaded, into each of the threaded holes of the plate ;in a fifth step, fastening a piezoelectric motor and then a tail mass, which have an axial hole and are dimensionned so as to operate at the two frequencies ν1 and ν2 to each of the prestressing rods, each transducer then being constituted.
- Method of manufacturing an array of transducers according to claim 4, characterized by consisting of:in a first step, making holes having a countersinking, in a square array, in a plate made of material suitable for constituting head masses, the distance separating two successive holes being substantially equal to half the wavelength λ2;in a second step, fastening a prestressing rod, having a head at one of its ends, into each of the holes by adhesive bonding, the head resting on the countersinking of the plate so as to be flush with the upper part;in a third step, covering the upper surface of the plate with a layer of acoustically transparent material ;in a fourth step, making grooves in the longitudinal direction and in the tranverse direction of the plate, but not in the coating, so as to constitute a mosaic of independent panels of square shape, the axes of which correspond to those of the theaded holes and the length of whose sides is being substantially equal to half the wavelength λ2;in a fifth step, fastening to each of the prestressing rods a piezoelectric motor and then a tail, which have an axial hole and are dimensionned so as to operate at the two frequencies ν1 and ν2, each transducer then being constituted.
- The method as defined in any of claims 4 to 6, characterized in that the grooves in the plate are made by milling.
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